Дослідження Neuroscience виявляє, що може бути Off-Switch для захоплення мозку

Мозок - це точний інструмент. Його функція залежить від тонко каліброваної електричної активності, що ініціює вивільнення хімічних повідомлень між нейронами.

Але іноді обережний баланс мозку вибивається з-під контролю, як при епілепсії. Електроенцефалографія, або ЕЕГ, візуалізує електричну активність головного мозку і може виявити, як епілептичний напад відхиляється від передбачуваної хвильової картини типової активності мозку.

Але медицина все ще не має вирішення епілепсії. Існує обмежена можливість прогнозування нападів, і немає можливості втрутитися навіть тоді, коли можна передбачити. Хоча фармацевтичні препарати доступні людям, які мають справу з епілепсією, вони загрожують побічними ефектами, і вони не працюють для всіх.

Працюючи над проблемою в моїй лабораторії з неврології, коли я перестаю уявляти собі, наскільки страшним може бути життя мозку з-під контролю таким чином, це дійсно мотивує мене. Чи може бути спосіб уникнути повернення контролю над цими нейронами? Я зосереджуюся на тому, як конкретне відділення в кожній клітині мозку може допомогти нам зробити це саме так.

Перемикач для активності мозку

З тих пір, як я був студентом, я був захоплений частиною нейрона, що називається первинним сегментом аксона. Кожен нейрон містить цей маленький відсік. Тут нейрон «вирішує» вистрілити електричний сигнал, посилаючи хімічне повідомлення на наступну камеру.

Тут існують спеціалізовані зв'язки, які можуть здійснювати потужний контроль; вони можуть відкинути власне “рішення” клітини про стрільбу. Цей механізм контролю існує для організації або моделювання діяльності мозку - вимоги для більшої частини нашої поведінки.

Наприклад, для того, щоб заснути, ваша мозкова діяльність потребує повільного коливання. На відміну від цього, гостра концентрація на задачі вимагає того, щоб малюнок підібрався, виробляючи швидке коливання. Нездатність продукувати та регулювати ці закономірності діяльності мозку пов'язана з численними розладами мозку.

Коли початкові сегменти аксонів численних нейронів одночасно отримують сигнал заглушення, це призводить до прогину у хвильовій картині ЕЕГ. Це означає, що вона заспокоює активність мозку, те, що при нормальних умовах було б корисно при переході між розслабленими і спатими станами.

Якщо дослідники могли б використати силу цих гальмівних зв'язків, ми могли б потенційно скинути структуру активності мозку, коли ми цього захочемо. Це може бути спосіб вирвати контроль над спиною в епілептичному мозку.

Молекули, які опосередковують повідомлення

Щоб почати розуміння того, як регулювати цю силу початкового сегмента аксона, ми з колегами спочатку повинні були зрозуміти молекулярні партнерства на цих зв'язках. Для того, щоб інгібування було ефективним у початковому сегменті аксона, необхідно мати потрібне обладнання для прийому сигналу. У разі інгібування в головному мозку це обладнання є рецептором GABA A.

З колегами Гансом Маріком і Германном Шінделіном ми виявили тісне та виключне партнерство між двома білками - субодиницею α2 рецептора ГАМК та коллібістіном. Визначення тісної взаємозв'язку між цими двома молекулами відповідає на деякі відкриті питання про те, як білки на сайтах інгібуючого контакту можуть взаємодіяти. Ми знали, що субодиниця α2 рецептора ГАМК знаходиться в початковому сегменті аксона, але дослідники не зрозуміли, як вона потрапляє або зберігається там. Collybistin може бути ключовим.

Отже, тепер ми думали, що ці два білки можуть працювати разом у першому сегменті аксона. Щоб зробити це далі, мій постдокторський наставник Стівен Мосс і я хотіли зрозуміти, які наслідки це може мати для зв'язків у першому сегменті аксона, і в кінцевому підсумку, як працює мозок. Щоб спробувати зрозуміти це, ми створили генетичну мутацію, яка призвела до того, що два білки не могли з'єднатися.

Нейрони мишей з цією мутацією фактично втрачали гальмівні сполуки на початковому сегменті аксона. Інгібіторні сполуки на інші частини клітин мозку залишалися незмінними, знову підтверджуючи ідею, що це білкове партнерство є винятковим і особливо важливим у першому сегменті аксона.

Миші з цією мутацією відчувають судоми під час розвитку. Коли вони ростуть у дорослих, ці миші більше не показують поведінкових ознак судом. У деяких формах дитячої епілепсії діти також можуть «перерости» свої напади. Таким чином, ця мутація є надзвичайно цінною в забезпеченні можливої ​​моделі дитячої епілепсії у дітей. Ми сподіваємося, що це допоможе нам чіткіше зрозуміти, що відбувається в мозку під час епілепсії, а також розробити і протестувати кращі терапії, як селективна сполука, розроблена AstraZeneca, чиї вчені також сприяли цьому проекту.

Кількісний, але ранній крок

Нейрологи вже давно роздумували про партнерство між рецепторами ГАМК і колібістіном. Тепер наші результати, нещодавно опубліковані в Росії Природа зв'язку, визначити його кількісно.

Хоча ми знаємо ГАМК-рецептори - які реагують на нейромедіаторні ГАМК-контрольні інгібіторні сигнали, ми досі з'ясовуємо, як це все працює. Сигналізація ГАМК є різноманітною, з різними типами з'єднань, які надають чіткий контроль над випалюванням клітин - щось ще потрібно розібрати. А дисфункція в ГАМК-сигналізації бере участь у ряді інших розладів головного мозку, також, крім епілепсії.

Кінцевою метою цього дослідження є розробка методів лікування, які могли б контролювати гальмівні зв'язки на початковому сегменті аксона. Ми б хотіли бути відповідальними за цей перемикач, який зможе вимкнути невластиві нейронні стрільби, що спостерігаються під час епілептичного нападу.

Я уявляю собі життя з епілепсією, і я також уявляю собі життя без нього.

Ця стаття була спочатку опублікована на The Conversation Рошель Хайнс. Читайте оригінальну статтю тут.