Швартов для нервной клетки

Работа нервной системы, а значит, и всего организма стала более понятной: новоиспеченный лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине Томас Зюдхоф установил, что транспортные пузырьки везикулы сливаются с мембраной нейрона не так, как считали прежде.

Нобелевский лауреат нынешнего года Томас Зюдхоф, разделивший премию с Джеймсом Ротманом и Рэнди Шекманом за молекулярные механизмы клеточного транспорта , вместе со своими коллегами из Стэнфордского университета опубликовал в журнале Neuron статью, подтверждающую значимость этой области исследований. Он открыл новый механизм высвобождения нейромедиаторов в синапсах, того самого транспорта, который происходит с участием мембранных пузырьков — везикул.

Синапс — это место контакта между нейронами, точнее, контакт длинного отростка — аксона , одного нейрона с дендритом — коротким отростком другого нейрона. Специально для этого принимающий нейрон «отращивает» на дендритах шипики, к которым и швартуется аксон. Между мембраной аксона, которая называется пресинаптической мембраной, и мембраной дендрита, постсинаптической мембраной, находится пространство — синаптическая щель. Электрический импульс идет по аксону, который для изоляции покрыт миелиновой оболочкой, и доходит до синапса, а дальше — щель.

Чтобы пройти через щель, нервному сигналу приходится трансформироваться из электрической формы в химическую.

Через щель его переносят вещества — посредники, нейромедиаторы . К ним относятся широко известные дофамин, серотонин, норадреналин и другие. Они располагаются вблизи окончания аксона, упакованные в пузырьки-везикулы.

Достигнув мембраны аксона, они распаковываются и высвобождают в синаптическую щель молекулы нейромедиатора.

Нейромедиаторы проходят через щель и взаимодействуют с рецепторами на постсинаптической мембране. Это порождает разность потенциалов и запускает электрический ток на другом нейроне. Все процессы в синапсе должны осуществляться достаточно быстро, чтобы не вызывать задержки в прохождении сигналов по нервам.

Это все было известно давно. Как и то, что для того, чтобы нейромедиатор разгрузился из везикулы, ее мембрана сливается с пресинаптической мембраной. Дискуссии вызывал тонкий механизм, который приводит к этому слиянию. И как раз этот механизм выяснил Томас Зюдхоф.

Механизм сближения везикулы с мембраной

Первоначальная гипотеза, которая существовала уже в течение многих лет, состояла в том, что особые белки, расположенные на мембране везикулы и на мембране аксона (их называют SNARE), при приближении везикулы к окончанию аксона соединяются вместе и образуют пору, через которую нейромедиатор проходит в синаптическую щель.

Зюдхоф показал, что слияние происходит по-другому.

Белки SNARE не формируют пору, а физически подтягивают друг к другу везикулу и мембрану аксона, то есть служат своеобразными «швартовыми канатами».

Причем притягиваются друг к другу трансмембранные участки этих белков — аминокислотные цепочки, пересекающие мембрану. Когда везикула соприкоснется с мембраной аксона, ее слияние с ней происходит спонтанно.

«Мы показали, что трансмембранные участки белков SNARE играют ключевую роль не в самом слиянии, а в его регулировке, — говорит Зюдхоф. — Они обеспечивают ту силу, с которой сближаются везикула и мембрана».

Таким образом, открытие нобелевского лауреата меняет общепринятую модель высвобождения нейромедиатора из нейрона.

Этот процесс становится важен, если осознать, что он входит во все бесчисленные цепочки передачи нервных сигналов, то есть обеспечивает работу нервной системы, а значит, и всего организма. Очень многие заболевания связаны с нарушением деятельности нейромедиаторов, именно они являются мишенями для многих лекарственных препаратов. Открытие новой роли участников этого процесса, белков SNARE, даст новые возможности в фармакологической коррекции различных патологий.