Sīku olbaltumvielu apzīmēšana, lai pārbaudītu depresijas saknes

Vanderbiltas universitātes zinātniekiem ir izdevies iezīmēt olbaltumvielu, kas regulē neirotransmitera serotonīnu ar sīkām fluorescējošām lodītēm, ļaujot viņiem pirmo reizi izsekot atsevišķu molekulu kustībām.

Spēja, kuras sasniegšana prasīja gandrīz desmit gadus, ļauj pētīt serotonīna regulāciju jaunā līmenī, kas ir svarīgi, jo serotonīnam ir galvenā loma garastāvokļa, apetītes un miega regulēšanā, norāda pētnieki.

Regulējošais proteīns, ko zinātnieki veiksmīgi iezīmēja, ir pazīstams kā serotonīna pārvadātājs. Tas iziet cauri membrānai, kas veido nerva ārējo virsmu un darbojas kā putekļsūcējs, kas iesūc serotonīna molekulas šūnu ķermenī un prom no citu šūnu serotonīna mērķa receptoriem, regulējot serotonīna koncentrāciju zonā ap šūnu.

Serotonīna pārvadātāji ir svarīgs pētījuma priekšmets, jo pētnieki atzīmē, ka tie ir izplatītāko depresijas ārstēšanai paredzēto zāļu mērķis, tostarp Prozac, Paxil un Lexapro.

"Ja jūs interesē garīgā veselība, tad serotonīna nesēji ir ideāls priekšmets," sacīja Sandra Rozentāla, Ph.D., Džeka un Pamelas Eganas ķīmijas katedras vadītāja, kas vadīja pētījumu kopā ar doktoru Rendiju Blakeli. Allans D. Bass farmakoloģijas un psihiatrijas profesors.

Pētnieki atzīmēja, ka problēmas ar serotonīna transporteru regulēšanu ir saistītas arī ar autismu. Pirms diviem gadiem Blakely un ģenētiķis Džeimss Sutklifs ziņoja par serotonīna transportera olbaltumvielu vairāku izmaiņu atklāšanu, kas izraisa transportera “pārmērīgu aktivitāti” cilvēkiem ar autismu.

Nesen Blakely un Jeremy Veenstra-VanderWeele, MD, ziņoja, ka pelēm, kuras izteica vienu no šiem labi funkcionējošajiem transportieriem, ir vairākas uzvedības izmaiņas, kas līdzinās izmaiņām, kas novērotas bērniem ar autismu.

Pēc zinātnieku domām, mēģinājumus saprast, kā šie pārvadātāji darbojas, ir ierobežojušas grūtības izpētīt viņu uzvedību.

"Iepriekš mēs esam aprobežojušies ar momentuzņēmumiem, kas parāda transportētāja molekulu atrašanās vietu noteiktā laikā," sacīja ķīmijas absolvents Džerijs Čangs, kurš izstrādāja marķēšanas tehniku. "Tagad mēs varam reāllaikā sekot viņu kustībai uz šūnu virsmas un redzēt, kā viņu kustības ir saistītas ar serotonīna uzņemšanas aktivitāti."

Fluorescējošie tagi, kurus pētnieki izmantoja, ir nanoskaļļa krelles, ko sauc par kvantu punktiem, kas izgatavoti no kadmija un selēna maisījuma. Pērles ir tikai nedaudz lielākas par olbaltumvielām, ko tie iezīmē: Lai aptvertu cilvēka matu platumu, jums vajadzētu sasaistīt 10 000 kopā, skaidro pētnieki.

Apgaismojot, kvantu punkti izstaro krāsainu gaismu, un nelielas to izmēru izmaiņas izraisa to spīdēšanu dažādās krāsās. Viens no pētniekiem, doktors Ians D. Tomlinsons, izstrādāja īpašu molekulāro virkni, kas vienā galā piestiprinās kvantu punktam un otrā galā piestiprinās zāļu atvasinājumam, kas saistās ar serotonīna pārvadātāju.

Ja maisījumu, kas satur šos kvantu punktus, inkubē ar kultivētām nervu šūnām, zāles piestiprina pie pārvadātāja. Kad olbaltumvielas pārvietojas, tas velk kvantu punktu aiz tā kā bērns, kurš balonu tur uz auklas, viņš paskaidroja. Kad apgabals ir apgaismots, kvantu punkti mikroskopā parādās kā krāsaini gaismas punkti.

Lietojot savu jauno procedūru, pētnieki apskatīja nervu šūnu pagarinājumus, kas ir iesaistīti serotonīna sekrēcijā. No iepriekšējiem pētījumiem pētniekiem bija aizdomas, ka pārvadātāji tiks koncentrēti šo pagarinājumu daļās, kas bagātas ar holesterīnu, sauktas par plostiem, lai gan izšķirtspējas līmenis ar standarta pieejām nebija pietiekams, lai sniegtu nekādas norādes par to, ko viņi tur dara.

Kvantu punktu pētījumi parādīja, ka ir divi atšķirīgi pārvadātāji: tie, kas var brīvi pārvietoties pa membrānu, un tie, kas darbojas tā, it kā viņi nespētu pārvietoties. Viņi atklāja, ka nekustīgie pārvadātāji atradās plostos.

Kad viņi stimulēja šūnu palielināt pārvadātāju aktivitāti, viņi bija pārsteigti par notikušo. "Mēs atklājām, ka plostos esošie pārvadātāji sāka pārvietoties daudz ātrāk, turpretī citu iedzīvotāju kustība nemainījās," ziņoja Rozentāls.

Tā kā mobilizētie pārvadātāji neatstāj plostus, tie, šķiet, svilpo apkārt ierobežotā nodalījumā, it kā atbrīvoti no ķēdēm, kas tos parasti notur. Šie novērojumi liecina, ka, visticamāk, abas populācijas kontrolē dažādi regulēšanas ceļi.

"Tagad, kad mēs varam vērot, kā transporteri faktiski notiek, mums jāspēj noskaidrot stiprinošo olbaltumvielu identitāte un signāli, uz kuriem šie proteīni reaģē, ļaujot transportētājiem pāriet uz priekšu un atpakaļ starp zemu un augstu aktivitātes līmeni," teica Blakely.

"Pašlaik antidepresantiem ir pilnībā jāizslēdz smadzeņu serotonīna nesēji, lai gūtu klīnisku labumu," viņš piebilda, norādot, ka tas var izraisīt vairākas nepatīkamas blakusparādības, piemēram, sliktu dūšu, svara pieaugumu, seksuālas problēmas, nogurumu un miegainību.

"Izprotot pamatmehānismus, kas dabiski pārvērš serotonīna transporteru darbību uz augšu un uz leju, varbūt mēs varam izstrādāt zāles, kas rada vieglākas blakusparādības un kurām ir vēl lielāka efektivitāte," viņš teica. "Mūsu tēmēkļi ir vērsti arī uz to, lai pārnestu to, ko esam iemācījušies ar parastajiem serotonīna pārvadātājiem, lai izprastu hiperaktīvos pārvadātājus, kurus esam atraduši bērniem ar autismu."

Avots: Vanderbiltas universitāte