Новое исследование, проведенное в Университете Дьюка, показывает, как три белка работают вместе, чтобы связать определенную область развивающегося мозга, отвечающую за обработку сенсорной информации.
Результаты, опубликованные в январе. 14 выпуск журнала Cell, может также дать представление о нарушениях мозга, включая аутизм, депрессию и зависимость, поскольку предыдущие исследования связывали эти белки индивидуально с этими заболеваниями.
"Возможно, мы определили процесс развития, который может быть критически нарушен при таких заболеваниях, как аутизм, и это действительно интересно," сказал Кагла Эроглу, доцент кафедры клеточной биологии и нейробиологии Медицинской школы Университета Дьюка, руководивший исследованием.
Новая работа была сосредоточена на нейронах, которые передают информацию от таламуса головного мозга, который обрабатывает сенсорную информацию, в кору, которая важна, среди прочего, для памяти, внимания и сознания. В конце 2014 года группа Эроглу обнаружила, что белок под названием «гевин», продуцируемый важнейшими ненейрональными клетками мозга, называемыми астроцитами, помогает формировать новые нейронные связи от таламуса до коры головного мозга у мышей, но как именно, было неясно.
Группа думала, что могут быть задействованы два других типа белков, нейрексины и нейролигины. Нейрексины присутствуют на сторонах нейронов, отправляющих сообщения, тогда как нейролигины находятся на принимающих концах. Считается, что эти белки выравнивают новые нейронные контакты, чтобы они могли передавать сигналы в небольших промежутках между ними, называемых синапсами.
"Существует интересный код между нейрексинами и нейролигинами, который определяет, образуют ли они контакты между собой," сказал Эроглу, который также является членом Duke Institute for Brain Sciences. "Некоторые формы этих молекул, кажется, предпочитают друг друга и устанавливают контакты, а некоторые вообще не взаимодействуют друг с другом. Что мы здесь удивили, так это то, что астроциты выделяют хевин, чтобы изменить этот код."
В частности, Эроглу и ее команда обнаружили, что хевин заставляет двух определенных членов этих семейств белков, которые обычно не взаимодействуют, – нейрексин-1 альфа из нейронов таламуса и нейролигин-1B из коры головного мозга – связывать нейроны таламуса с нейронами коры.
Серия биохимических экспериментов, проведенных докторантом Сандипом Сингхом в лаборатории Эроглу, показала определенные места в белке хевина, который прикреплялся как к нейрексину-1 альфа, так и к нейролигину-1B, образуя молекулярный мост через синапсы. Затем Сингх создал различные версии хевина, в которых отсутствовали различные области, и нашел необходимое место в молекуле хевина, которая установила связь между нейрексином 1 альфа и нейролигином 1B.
Согласно экспериментам аспиранта Джеффа Стогсдилла в лаборатории Эроглу, мыши, лишенные нейрексина-1 альфа или нейролигина-1, имеют проблемы с формированием связей таламус-кора. У этих мышей синапсы соседних нейронов в коре головного мозга берут верх. По его словам, у мышей без хевина есть похожие проблемы.
"Возможно, одна из причин, по которой в нашем мозгу так много разных форм нейрексинов и нейролигинов, заключается в том, что они побуждают определенные нейроны находить друг друга во время развития и устанавливать определенные виды связей," Стогсдилл сказал.
До этого исследования ни нейрексин 1 альфа, ни нейролигин 1 не были признаны важными в связке таламус-кора. Не было известно, что астроциты помогают формировать такие синапсы.
Новые результаты также демонстрируют важность хевина в развитии нейронных связей, формируемых сенсорной информацией, которую получает животное.
Сотрудничая с лабораторией Александра Медины в Университете Мэриленда, команда обнаружила, что мыши без хевина не могли укрепить связи таламус-кора в ответ на изменения в визуальном восприятии молодых мышей. Подача гевина астроцитам этих мышей решила эту проблему.
"Этот результат хорошо иллюстрирует, что гевин, секретируемый астроцитами, особенно необходим для инициирования образования синапсов, которые могут быть изменены опытом," Сингх сказал.
Группа планирует изучить, как определенные генетические мутации, связанные с аутизмом, могут повлиять на способность Хевина связывать нейрексин и нейролигин. Они также изучат, как Хевин регулирует развитие других цепей мозга.