Kan protein kontrollere nerveoverføringer?

Ny studie oppdaget effektiv funksjon av ett protein som kontrollerer nerveoverføringer.

Forskere ved Weill Cornell Medical College har oppdaget at proteinet – alpha 2 delta – har en kran-lignende funksjon, og kontrollerer volumet av nevrotransmittere og andre kjemikalier som renner mellom synapsene i hjernens nevroner. Studien, publisert online – Nature, viser hvordan hjernecellene «snakker» med hverandre gjennom disse signalene, videresending av tanker, følelser og handling –  og dette kraftige molekylet spiller en avgjørende rolle i å regulere effektiv kommunikasjon.

I studien, foreslår også forskerene hvordan det ofte brukte medikamentet Lyrica kan fungere. Alfa 2 delta proteinet er målet for dette stoffet og den nye forskningen antyder en tilnærming til hvordan andre medikamenter kan utvikles effektivt å vri de bestemte neurotransmittertappene på og av for å behandle nevrologiske sykdommer. Forskningsfunnene overrasket forskerne, som inkluderer forskere fra University College London.

«Vi er forbauset over at ett enkelt protein har slik makt», sier studiens hovedforfatter og forsker Dr. Timothy A. Ryan, professor i biokjemi og førsteamanuensis i biokjemi innen Anestesiologi ved Weill Cornell Medical College. «Det er veldig sjeldent å identifisere en biologisk molekylfunksjon som er så sterk, og som synes å kontrollere effektiviteten av nerveoverføringer.»

Forskerne fant at alfa 2 delta bestemmer hvor mange kalsiumkanaler som vil være aktive på det synaptiske knuepunktet mellom nervecellene. Overføring av kjemiske signaler utløses i synapsen ved innføring av kalsium i disse kanalene, slik at mengde og hastigheten nerveoverføringene er avhengig av tilgjengeligheten av disse kanalene.
Forskere oppdaget at det å ta bort alfa 2 delta fra hjerneceller forhindret kalsiumkanaler fra å komme til synapsen. «Men hvis du legger til mer alfa 2 delta, kan du tredoble antall kanaler på synapser,» Dr. Ryan sier. «Denne endringen i mengde ble tett knyttet til hvor godt synapsene utførte sin funksjon, som er å frigi signalstoffer.»
Før denne studien ble det kjent at Lyrica, som brukes for nevropatisk smerte, kramper/anfall og fibromyalgi, binder seg til alfa 2 delta, men lite ble forstått om  hvordan dette proteinet fungerer å kontrollere synapser.

«Under panseret»

Dr. Ryan lager det han kaller en «manual» om nevrologisk funksjon, som fokuserer på synaptiske nerveøverføringer. I 2007 og 2008, oppdaget han viktige ledetråder til hvordan nevronene pakker inn stoffene som brukes for å signalisere på tvers av synapser. I 2011 oppdaget Dr. Ryan at distinkte nerveceller justerte hastigheten som gjør at de pakker disse stoffene. Og i en fersk studie publisert den 29 april i Nature Neuroscience, beskrev han for første gang, de molekylære mekanismer i synapsen som kontrollerer frigjøring av dopamin, et avgjørende signalstoff.

«Vi ser under panseret på disse maskinene for første gang,» sier han. «Mange nevrologiske sykdommer anses å oppstå fra patologi av synaptisk funksjon. Synapse er så komplisert;. Minst et par tusen gener styrer hvordan de fungerer. For å reparere dem gjennom behandling MÅ vi forstå hvordan de fungerer.»

Dr. Ryan og hans team bruker ofte to verktøy for å gjennomføre disse studiene – de fester fluorescerende merker på molekyler som er involvert i en synaptisk funksjon, og bruker svært følsom mikroskopteknologi for å se disse molekylene på nært hold og i sanntid.

Forskerne brukte de samme metodene til å undersøke funksjonen av kalsiumkanaler, noe som utløser nerveoverføringer. «På alle synapsene, er utskillelsen av ett signalstoff –  drevet av ankomsten av en elektrisk impuls, igangsatt av en annen nervecelle,» Dr. Ryan sier. Når denne impulsen ankommer nervesenteret utløser åpningen av kalsiumkanaler. Kalsiumen som går inn er den sentrale utløseren som får en synapse til å skille ut sitt signalstoff.

«Vi har visst det siste halve århundret at kalsium er en viktig regulator av signalstoffer,» sier han. «Enhver liten endring i kalsium tilførselen har en stor innvirkning på signalstoffene.»

Protein fungerer som en fraktetikett.

Men antall kalsiumkanaler i synapse er ikke statisk. Nevroner erstatter jevnlig utslitte kanaler, og for å gjøre dette, bygger de kanalene i nervens celle i  kroppen og deretter pakker dem opp og sende dem til nervesenteret. I noen tilfeller er dette en veldig lang reise – så mye som en meter, for eksempel avstanden mellom hjernen og basen av ryggmargen eller lengden på et ben.

I studien, merket forskerene fluorescerende proteiner på et gen som onkoder protein som lager en kalsium kanal og leverte den til nervecellene . De så fremdriften av de nydannede kanalene som mens de laget vei og jobbet seg frem, fra dag fire til dag syv, fra kroppene av nerveceller, til synapsen.
De har også manipulert nivået av alfa 2 delta, en antatt kalsium kanal partner, og oppdaget at når proteinet ble økt, ble flere kalsiumkanaler flyttet til synapsen. Mindre alfa 2 delta redusert flyten. «Vi oppdaget at alfa 2 delta tok beslutningen om hvor mange kalsiumkanaler skulle bli sendt av lengden på nervecellen til synapsen,» Dr. Ryan sier. «Det er som de kanalene kunne ikke transporteres uten en alfa 2 delta «fraktetikett».»

Forskerteamet fant imidlertid at alfa 2 delta må jobbe i minst to trinn. Når de svekket en bit av alfa 2 delta som ligner proteiner som er involvert i hvordan cellene binder seg til hverandre, fant de at denne ødelagte alfa 2 delta kunne ennå hjelpe med å få kalsiumkanaler sendt ned til synapsene.

Men når de er framme bidrar de ikke lenger til  frigivning av nerveceller. «Dette betyr at ikke bare hjelper alfa 2 delta for å få kalsiumkanaler sendt ut, men det innebærer også at noe ved synapsen må logge av på å motta kalsiumkanaler, og sette dem på rett sted for å utføre gjøre jobben sin , »

Forskerne antyder at Lyrica kan fungere ved å forstyrre dette siste steget siden det er stykket av alfa 2 delta de «ødela» som hindrer inngåelse av lignende deler av proteiner som tillater dem å holde seg til hverandre i en slags håndtrykk.

Disse funnene tyder på at fremtidige terapier utviklet for å manipulere nerveoverføringer kan forsøke å målrette denne håndtrykk prosessen, sier Dr. Ryan. For å gjøre dette vil kreve at forskerne identifiserer manglende partner i håndtrykket.
«Vi håper disse spennende funnene gir en ny retning i hvordan vi kan lage bedre medisiner for å kontrollere kommunikasjonen mellom hjernecellene,»  sier Dr. Ryan.

Beklager hvis det er mye feil – oversette kl 02,00 på natten er ikke lett;)

Source: her

Advertisements

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s