Позначення крихітних білків для вивчення коренів депресії
Здатність, на досягнення якої пішло майже десятиліття, дає можливість вивчати регуляцію серотоніну на новому рівні, що важливо через ключову роль, яку серотонін відіграє в регуляції настрою, апетиту та сну, на думку дослідників.
Регуляторний білок, який вчені успішно позначили, відомий як транспортер серотоніну. Він проходить через мембрану, яка утворює зовнішню поверхню нерва, і діє як пилосос, який всмоктує молекули серотоніну в тіло клітини та подалі від рецепторів-мішеней серотоніну в інших клітинах, регулюючи концентрацію серотоніну в області навколо клітини.
Транспортери серотоніну є важливою темою дослідження, оскільки вони є мішенню для найбільш поширених препаратів, що використовуються для лікування депресії, включаючи Prozac, Paxil та Lexapro, зазначають дослідники.
"Якщо вас цікавить психічне здоров'я, тоді транспортери серотоніну є ідеальним предметом", - сказала Сандра Розенталь, доктор філософії, кафедра хімію Джека і Памели Іган, яка керувала дослідженням разом із доктором наук Ренді Блейклі. Аллан Д. Бас, професор фармакології та психіатрії.
Дослідники відзначають, що проблеми з регуляцією транспортера серотоніну також пов'язані з аутизмом. Два роки тому Блейклі та генетик Джеймс Саткліфф повідомили про відкриття множинних змін у білку-транспортері серотоніну, які призводять до того, що транспортер стає "надмірно активним" у людей з аутизмом.
Нещодавно, Блейклі та Джеремі Венстра-ВандерВіл, доктор медичних наук, повідомили, що миші, що експресують одного з цих високоефективних транспортерів, демонструють безліч поведінкових змін, що нагадують зміни, виявлені у дітей з аутизмом.
На думку вчених, спроби зрозуміти, як працюють ці транспортери, були обмежені труднощами вивчення їх поведінки.
"Раніше ми обмежувались лише знімками, які показують розташування молекул-транспортерів у певний час", - сказав аспірант хімії Джеррі Чанг, який розробив техніку мічення. "Тепер ми можемо відстежувати їх рух на поверхні клітин у реальному часі і бачити, як їх руху пов'язані з активністю поглинання серотоніну".
Флуоресцентні мітки, які використовували дослідники, - це нанорозмірні намистини, які називаються квантовими точками, виготовленими із суміші кадмію та селену. Намистини лише трохи більші за білки, які вони мітять: вам доведеться нанизати 10000 разом, щоб охопити ширину людського волосся, пояснюють дослідники.
Квантові точки випромінюють кольорове світло при освітленні, і незначні зміни їх розміру змушують їх світитися різними кольорами. Один з дослідників, Ян Д. Томлінсон, доктор філософії, розробив спеціальну молекулярну нитку, яка прикріплюється до квантової точки на одному кінці, і прикріплюється до похідної лікарського засобу на іншому кінці, яка зв'язується з транспортером серотоніну.
Коли суміш, що містить ці квантові точки, інкубується з культивованими нервовими клітинами, препарат приєднується до транспортера. Коли білок рухається, він перетягує квантову точку за собою, як дитина, яка тримає повітряну кулю на нитці, пояснив він. Коли область освітлена, квантові точки відображаються в мікроскопі у вигляді кольорових точок світла.
Використовуючи свою нову процедуру, вчені дослідили розширення нервової клітини, які беруть участь у секреції серотоніну. З попередніх досліджень дослідники підозрювали, що транспортери будуть зосереджені в багатих на холестерин частинах цих розширень, які називаються плотами, хоча рівень роздільної здатності за стандартних підходів був недостатнім, щоб дати змогу зрозуміти, що вони там робили.
Дослідження квантових точок продемонстрували, що існували два різні транспортери: той, який може вільно подорожувати навколо мембрани, і той, який діє як ніби не в змозі рухатися. Вони виявили, що нерухомі транспортери розташовані на плотах.
Коли вони стимулювали клітину збільшувати активність транспортера, вони були здивовані тим, що сталося. "Ми виявили, що транспортники на плотах почали рухатися набагато швидше, тоді як рух іншого населення зовсім не змінився", - повідомив Розенталь.
Оскільки мобілізовані транспортники не залишають плотів, вони, здається, звиваються всередині замкнутого відсіку, ніби звільнені від ланцюгів, які зазвичай тримають їх в покорі. Ці спостереження вказують на ймовірність того, що ці дві популяції контролюються різними регуляторними шляхами.
"Тепер, коли ми можемо спостерігати, як насправді відбувається регулювання транспортерів, ми повинні мати змогу з'ясувати ідентичність закріплюючих білків і сигнали, на які реагують ці білки, що дозволяють транспортерам переключатися між низьким і високим рівнем активності", - сказав Блейклі.
"В даний час антидепресанти повинні повністю закрити транспортери серотоніну мозку, щоб досягти клінічної користі", - додав він, зазначивши, що це може спричинити низку неприємних побічних ефектів, таких як нудота, збільшення ваги, сексуальні проблеми, втома та сонливість.
"Розуміючи основні механізми, які природно перетворюють активність транспортера серотоніну вгору і вниз, можливо, ми можемо розробити ліки, що дають більш м'які побічні ефекти і мають ще більшу ефективність", - сказав він. "Наші погляди також зосереджені на перенесенні того, що ми дізналися про звичайні транспортери серотоніну, до розуміння гіперактивних транспортерів, які ми виявили у дітей з аутизмом".
Джерело: Університет Вандербільта
