Что общего у мозга и мышц: новый ответ ученых
Ученые лаборатории Липпинкотт-Шварц выяснили, что в мозге есть сеть внутриклеточных структур, похожая на ту, что отвечает за сокращение мышц. Она передает сигналы, которые, возможно, играют важную роль в обучении и памяти. Об этом сообщает MedicalXpress.
Сначала ученые обнаружили необычную структуру в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) — внутриклеточной сети, важной для многих клеточных функций. В нейронах млекопитающих и мухи они заметили повторяющийся, похожий на лестницу узор на поверхности ЭР, особенно в дендритах — отростках нейронов, отвечающих за прием сигналов. Обычно ЭР представляет собой динамичную сеть, поэтому обнаружение таких упорядоченных элементов стало неожиданностью. Исследователи предположили, что эти структуры играют важную роль, так как в биологии форма часто определяет функцию.
Команда начала с изучения единственного другого места в организме, где встречаются похожие лестничные структуры эндоплазматического ретикулума — мышечной ткани. В мышечных клетках ретикулум периодически соприкасается с внешней мембраной клетки, и этот процесс контролируется молекулой под названием юнктофилин.
С помощью визуализации высокого разрешения ученые выяснили, что в дендритах тоже есть юнктофилин, который контролирует контакты между ЭР и плазматической мембраной. Более того, тот же механизм, который отвечает за высвобождение кальция в местах контакта мышечных клеток (где кальций вызывает сокращение мышц), также работает и в дендритах, где это вещество регулирует передачу сигналов между нейронами.
Исследователи предположили, что механизм контакта в дендритах играет ключевую роль в передаче кальциевых сигналов, с помощью которых клетки общаются. Вероятно, эти контактные зоны работают как ретрансляторы, усиливая и передавая сигналы на большие расстояния. Это может объяснить, как сигналы, поступившие в одну часть дендрита, достигают тела клетки, находящегося в сотнях микрометров от него.
Этот процесс запускается, когда кальций поступает в дендрит через потенциал-зависимые ионные каналы, расположенные в местах контакта, в ответ на нейронный сигнал. Хотя первоначальный сигнал быстро затухает, он стимулирует высвобождение дополнительного кальция из эндоплазматического ретикулума в месте контакта.
Локальный приток кальция привлекает и активирует киназу CaMKII — белок, который играет ключевую роль в процессах памяти. Он изменяет биохимические свойства клеточной мембраны, влияя на силу передаваемого сигнала. Процесс распространяется от одного контакта к другому вдоль дендрита, достигая тела нейрона, где принимается решение о дальнейшей передаче сигнала другим клеткам.
Исследование показывает, как сигналы внутри нейронов преодолевают большие расстояния, чтобы информация, полученная дендритами, могла быть обработана мозгом. Оно также объясняет, как работают молекулярные механизмы, отвечающие за синаптическую пластичность — способность нейронов усиливать или ослаблять связи между собой, что необходимо для обучения и памяти.
Ранее ученые обнаружили механизм мозга против страха.
