Как рецепторы нейротрансмиттеров транспортируют кальций, процесс, связанный с возникновением неврологических заболеваний

Новое исследование, проведенное командой ученых из Университета Макгилла и Университета Вандербильта, проливает свет на наше понимание молекулярного происхождения некоторых форм аутизма и умственной отсталости.

Впервые исследователи смогли успешно получить изображения с атомным разрешением быстро движущегося ионотропного рецептора глутамата (iGluR), который транспортирует кальций. iGluR и их способность транспортировать кальций жизненно важны для многих функций мозга, таких как зрение или другая информация, поступающая от органов чувств. Кальций также вызывает изменения в сигнальной способности iGluR и нервных связей, которые являются ключевыми клеточными событиями, которые приводят к нашей способности приобретать новые навыки и формировать воспоминания.

iGluR также являются ключевыми игроками в развитии мозга, и их дисфункция из-за генетических мутаций, как было показано, приводит к некоторым формам аутизма и умственной отсталости. Тем не менее, основные вопросы о том, как iGluR вызывают биохимические изменения в физиологии мозга, транспортируя кальций, остаются малоизученными.

В ходе исследования ученые сделали миллионы снимков белка iGluR в процессе транспортировки кальция и неожиданно обнаружили временный карман, который удерживает кальций снаружи белка. Затем они использовали электрофизиологические записи с высоким разрешением, чтобы наблюдать за белком в движении, когда он транспортирует кальций в нервную клетку.

«Результаты важны, потому что мы впервые описываем механизм, с помощью которого транспортируется кальций, который в конечном итоге управляет клеточными процессами, которые приводят к обучению и памяти», — сказал Дерек Боуи, содиректор группы клеточных информационных систем в Школе биомедицинских наук и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature Structural and Molecular Biology.

Обнаруженный биологический механизм сохранился не только у всех видов млекопитающих, но и у организмов, которые отпочковались от эволюционного пути человека более 500 миллионов лет назад.

«Первоначальный план дизайна белка был настолько хорош, что, похоже, эволюции не нужно было его менять», — сказал Боуи.

«Визуализация крошечных ионов и молекул воды в порах канала с помощью крио-ЭМ технологии была довольно удивительным опытом. Он выделил древний кальциевый связывающий карман, который мы смогли глубже понять с функциональной точки зрения в сотрудничестве с Лабораторией Боуи.

«Наше открытие имеет фундаментальное значение для передачи сигналов кальция в нейронах и поднимает интересные гипотезы о синаптической функции, которые могут быть проверены экспериментами в будущем», — сказал Накагава, ведущий автор Университета Вандербильта и профессор кафедры молекулярной физиологии и биофизики в Школе медицины.