Ученые из Scripps Research обнаружили сотни белков, которые постоянно транспортируются по всему здоровому мозгу в небольших окруженных мембраной мешочках, открывая новую форму связи между клетками мозга. Результаты, опубликованные на этой неделе в журнале Cell Reports , могут помочь ученым лучше понять неврологические заболевания, включая болезнь Альцгеймера и аутизм.
«Это совершенно новый способ, с помощью которого клетки мозга могут общаться друг с другом, который никогда раньше не интегрировался в то, как мы думаем о здоровье и болезнях», — говорит Холлис Клайн, доктор философии, профессор нейробиологии Хана в Scripps Research. «Это открывает множество захватывающих направлений для исследований».
Чтобы посылать сигналы по всему мозгу, нейроны обычно взаимодействуют с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами, которые перемещаются от одной клетки к соседней. Гормоны также циркулируют через мозг, влияя на рост клеток мозга и помогая создавать новые связи между нейронами.
Ранее исследователи подозревали, что небольшое количество белков может перемещаться по мозгу более независимо в отдельных случаях. Например, ученые, изучающие болезнь Альцгеймера, обнаружили, что синуклеин и тау — два белка, связанных с нейродегенерацией, — могут перемещаться между клетками мозга животных, страдающих болезнью Альцгеймера. Но они не были уверены, связано ли это с самой болезнью. Другие группы представили доказательства того, что белок, происходящий из одной клетки, впоследствии может быть обнаружен в другой; однако они не могли исключить возможность того, что белок был разобран на строительные блоки аминокислот, а затем снова собран в целевой клетке.
В новой работе Клайн и ее коллеги использовали метод маркировки белков, который гарантировал, что они отслеживают только те белки, которые остаются неповрежденными. Метка, молекула биотина, не может быть реинтегрирована в новые белки, если белки разобраны. Исследовательская группа ввела метку в ганглиозные клетки сетчатки глаз крыс. Одиннадцать дней спустя они исследовали клетки зрительной коры , области мозга, отвечающей за обработку зрения и физически удаленной от ганглиозных клеток сетчатки.
Затем команда Клайн выделила любой белок в зрительной коре, который был помечен биотином. Они обнаружили более 200 белков и сотрудничали с профессором Scripps Research Джоном Йейтсом III, доктором философии, чтобы идентифицировать каждый белок с помощью масс-спектрометрии.
«Предыдущие методы не позволяли исследователям идентифицировать определенные транспортируемые белки или наблюдать за процессом на ультраструктурном уровне», — говорит Лучио Скиаппарелли, первый автор новой статьи и бывший научный сотрудник Scripps Research, ныне работающий в Университете Дьюка. «Итак, использование этой новой комбинации стратегий мечения и идентификации белков позволило нам продвинуться вперед в понимании того, что происходит с этими белками».
Идентифицированные белки включали многие из известных функций в головном мозге, в том числе тау и синуклеин, перемещающиеся между клетками при болезни Альцгеймера.
«Это подтверждение того, что в здоровом мозге тау и синуклеин — и их перемещение по мозгу — нормально», — говорит Клайн. «Но при болезни Альцгеймера это токсичная форма белка, который транспортируется между нейронами».
Исследователи также использовали другой набор белковых меток, чтобы показать, что в большинстве случаев эти белки транспортировались между клетками внутри экзосом — небольших, окруженных мембраной отсеков, заполненных белками, как чемоданы, набитые одеждой. Это открытие может помочь другим исследователям, которые хотят проследить движения белков в других областях мозга, а также сравнить транспорт белков между нейронами в здоровом и больном мозге. В то время как новая работа проводилась в зрительной системе, Клайн говорит, что нет причин не думать, что результаты достигают большего.
«Вероятно, в этом механизме задействованы белки, перемещающиеся по всему мозгу », — говорит она. «На что я действительно надеюсь, так это на то, что это вызовет новый интерес к изучению роли межклеточной коммуникации, о которой мы не знали до сих пор».
