Выпуск первый: рецепторы глутамата

Журналы Nature и Science, безусловно, одни из самых уважаемых журналов в мире науки. Они выходят раз в неделю и публикуют 10-15 статей, темы которых варьируются от астрофизики до антропологии. Объединяет эти статьи одно – их большое значение не только для узкой области исследований, но и для развития науки в целом. В каждом выпуске Nature и Science печатает не больше двух статей на тему нейробиологии. В совместном проекте порталов «Нейроновости» и N+1 команда нейроновостей будет рассказывать про важность этих исследований, поместив их в общий контекст нейронаук.

Новость

В последнем 537-ом номере (выпуск 7621) Nature группа под руководством Шрирама Сабраманьяма из Центра исследования рака (Мэриленд, Бетесда) опубликовала расшифрованную ими при помощи криоэлектронной микроскопии структуру глутаматного рецептора в неактивном состоянии. Звучит достаточно скучно, но на самом деле эта структура имеет фундаментальное значение. И именно потому работа попала в «большой» Nature. Давайте разберем, почему.

Контекст

Вероятнее всего, читатели нашего портала в курсе, что нейроны передают информацию друг другу через синапсы. Синапсы – это места контактов нейронов, которые формируются из концов аксонов (у нейрона, передающего информацию) и дендритов (у нейронов, получающих информацию). Синапсы работают следующим способом: с одной, передающей, стороны синапса нейрон конвертирует электрическую активность, закодированную в потенциале действия, в химический сигнал - выброс молекул-нейромедиаторов. Мембрана нейрона, получающего информацию, содержит множество рецепторов, которые анализируют изменение концентрации этих нейромедиаторов.

Многие рецепторы имеют в своем составе ионные каналы, которые пронизывают мембраны и образуют в центре отверстие, через который в клетку могут поступать или выводится ионы.  Если рецептор активируется нейромедиатором, то этот канал открывается, создается поток ионов через мембрану, и соответственно изменяется напряжение мембраны. А изменение напряжение мембраны – это основа основ для передачи информации между нейронами. Предсказуемо, что изучение ионных каналов – фундамент молекулярной нейробиологии. Если искать статьи, которые содержат отсылки к рецепторам в нервной системе, то поиск в Пабмеде (базе данных биомедицинских публикаций) выдаст внушительную коллекцию из 50 тысяч статей.

Как работают ионные каналы?

Как уже упоминалось выше, рецепторы – это огромные комплексы из нескольких белков, которые пронизывают мембрану и образуют канал в ней. Часть комплекса, которая располагается снаружи мембраны, необходима для того, чтобы распознавать присутствие нейромедиаторов в синапсе. Когда нейромедиатора нет, то мембранный канал закрыт. Если нейромедиатор связывается с рецептором, то это служит сигналом к открытию мембранного канала для потока ионов.  Что происходит, когда концентрация нейромедиатора настолько высокая, что рецептор постоянно связан и ионный канал (в теории) должен быть постоянно открыт, образуя, по сути, дыру в мембране?

В таком случае, чтобы не допустить перегрузки в системе, включаются предохранители (сходно с тем, как при высокое напряжение в сети вылетают пробки). Рецептор перестает быть чувствительным к нейромедиатору (и, следовательно, ионный канал будет закрыт), несмотря на то, что нейромедиатор остается  связанным с рецептором.

Динамика перехода в нечувствительное к нейромедиатору состоянию – одна из ключевых характеристик для кодирования информации, соответственно и для процессов памяти и обучения у позвоночных.

 Именно поэтому работа группы Шрирама Сабраманьяма, которая показывает структурные изменения при переходе из одного состояния в другое (и впервые показавшее строение глутаматного рецептора в «нечувствительном» состоянии) имеет большое значение для нейронаук и для медицины – ведь глутаматные рецепторы часто становятся мишенями для новых лекарственных препаратов.

Дарья Овсянникова, научный обозреватель портала Neuronovosti.ru, Университет Ноттингема