Сотрудники Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ совместно с коллегами из Юлихского исследовательского центра (нем. Forschungszentrum Jülich GmbH) установили роль ионов натрия в переносе глутамата в центральной нервной системе.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Глутамат служит нейромедиатором, передающим активирующий сигнал от нейрона к нейрону. Чтобы обеспечить корректную работу системы, нейромедиатор удаляется из синаптической щели вскоре после его высвобождения из нервной клетки. Эту задачу выполняют белки семейства EAAT — переносчики, или транспортёры, глутамата.
Белки EAAT являются вторичными транспортёрами, способность которых возвращать глутамат обратно в нервные клетки основана на использовании перепада в концентрации ионов натрия внутри и снаружи клетки. Для осуществления переноса транспортёр связывается с нейромедиатором и тремя ионами натрия в межклеточном пространстве. Концентрация натрия внутри клетки значительно ниже, и именно этот перепад служит источником энергии, позволяющим белку перенести нейромедиатор через клеточную мембрану.
До недавнего времени оставались неясными подробности связывания белков EAAT с глутаматом и тремя ионами натрия, а также точная роль последних в переносе нейромедиатора. Авторы статьи в Science Advances ответили на этот вопрос, получив при помощи рентгеноструктурного анализа детальное изображение в высоком разрешении, на котором виден переносчик глутамата после его связи с натрием, но до «подбора» нейромедиатора. Далее ученые провели молекулярное моделирование на суперкомпьютерах Юлиха и ряд функциональных экспериментов, в результате чего удалось установить, каким образом присоединение двух ионов натрия вызывает последующее связывание глутамата и третьего иона.
Результаты исследования раскрывают важные молекулярные механизмы обработки информации в мозге и могут лечь в основу новых подходов к лечению ишемических болезней головного мозга, таких как инсульт, при котором нарушение переноса глутамата приводит к повышению его концентрации.
«Наши результаты помогут глубже понять, как работает транспорт нейромедиаторов в центральной нервной системе млекопитающих, и причины нарушения этого транспорта. Последнее приводит к проблемам с обучением и памятью»,
