Нейроны соединены друг с другом в синапсах - местах, где сигналы передаются в виде химических «курьеров». Благодаря этим «крошкам» и их «знакомствам» друг с другом мы можем улыбаться, злиться, плакать и даже кидать друг другу спойлеры из нового сезона «Игры престолов». Подробно мы показали процесс передачи импульса в новом проекте, и вот уже учёные готовы ещё больше рассказать о синаптических пузырьках. Исследование опубликовали на сайте института Макса Планка.
На рисунке показана молекулярная модель синаптических везикул
Синаптический пузырек-это не просто вид мембраносвязанных «резервуаров» для нейромедиаторов. Их мембрана содержит целый ряд белков, которые практически не изменились за миллионы лет эволюции. Группа этих белков ответственны за «прокачку» нейромедиаторов из цитоплазмы в везикулы, где они накапливаются. Этот процесс требует много энергии, которая обеспечивает другую молекулу белка протонной Атфазой (V-Атфаза). Переход протонов в везикулах – процесс, который получает аденозинтрифосфат (АТФ). «Насосы», в свою очередь, используют при процессе полученный градиент концентрации поглощения нейромедиаторов.
Кроме этих белков, необходимых для «пополнения» мембраны синаптической везикулы, содержатся другие компоненты, которые позволяют везикуле присоединиться к плазматической мембране (включая малый синаптобревин белка и датчик кальция - синаптотагмин). После слияния мембран происходит переход обратно в нервное окончание. Синаптические везикулы возвращаются в нервное окончание через несколько промежуточных шагов и заполняют нейромедиаторы. Этот процесс повторяется снова и снова.
Процесс, при котором функции синаптических везикул на молекулярном уровне является сложной. Несколько лет назад команда ученых создала комплексную инвентаризацию всех компонентов везикул. Пузырьки мелкие и сложные по составу - это было нелегко. Несколько команд из Германии, Японии, Швейцарии и США сотрудничали в течение многих лет для выявления белкового и жирового компонентов пузырьков, разрабатывая количественные молекулярные модели стандартного пузырька.
Результаты оказались неожиданными даже для экспертов. Оказалось, что структура биологического транспорта везикул формируется в большем количестве белков, чем ранее считалось: пузырьковая модель из липидной оболочки вряд ли может рассматриваться для общего количества белков. Однако модель содержит только 70% от общего количества присутствующих белков.
Эта работа легла в основу дальнейших исследований. Они помогли выделить и сравнить везикулы, которые транспортируют различные нейромедиаторы друг от друга. Считалось, что они лишь немного различаются по своему составу. Кроме того, различные везикулы, которые уже пристыковался к плазматической мембране были изолированы, что позволяет проанализировать белки.
Одна из целей исследования - получить представление о функциональных деталях белка, отвечающего за слияние мембран. Белки были описаны за десять лет, но до сих пор не понятно, как они умудряются «охранять» мембраны менее чем через одну миллисекунду после притока ионов кальция.
Силки белков – это небольшие белковые молекулы, которые находятся в плазматической мембране и мембране везикул. Они несут ответственность за процесс синтеза. Всякий раз, когда мембраны сближаются друг с другом, белки стекают поверх друг друга, переплетаясь вместе как веревки. Этот процесс высвобождает энергию, которая используется для слияния мембран. Недавние исследования показали, что скрученные пучки проходят в мембрану.
Чтобы понять, как это вызывает укладки мембраны на предохранителе, белки были включены в искусственные оболочки, которые можно наблюдать с использованием высокоразрешающих методов, таких как криоэлектронная микроскопия. Впервые были определены промежуточные этапы термоядерной реакции. Это позволило разработать модели индивидуального действия на молекулярном уровне.
Также ученые почти ответили на вопрос, как поступающие ионы кальция активизируют «фьюжен-машину» (соединяющий процесс). Это опосредуется другим белками в мембране синаптических везикул и синаптотагмином, который связывает ионы кальция и затем сближает мембраны друг к другу.
Несмотря на значительный прогресс, сложные молекулярные процессы еще не полностью изучены. Это удивительно, ведь нейроны общаются друг с другом и «фьюжн-машины» эффективно работают в синапсе, осуществляя каждое наше движение, эмоцию или мысль. Ученые всего мира продолжают фокусироваться на этом механизме для того, чтобы лучше понять процессы. Есть основания полагать, что такие знания улучшат наше понимание нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, Альцгеймера и Гентингтона.