Синаптические белки, мозжечок и аутизм – новые грани старой проблемы

26 сентября 2018

Мозг слаженно функционирует тогда, когда нейроны общаются друг с другом посредством связей – синапсов. Реже упоминается тот факт, что для этого необходимо не только их формирование, но и своевременное разрушение: это динамическая система, которая постоянно обновляется. И лишь недавно исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, помогло определить белок, который регулирует этот процесс.

Нейрон. Постсинаптические белки показаны красным


Для образования синапсов необходимо наличие на поверхности нейронов различных белков, с помощью которых нервные клетки узнают друг друга. Если таких белков нет, то связь между клетками не установится. Но если их слишком много или они слишком долго задерживаются на нейронах – функционирование синапса также может быть нарушено.

Исследовательская группа продемонстрировала, что белок ASTN2 помогает своевременно удалять синаптические белки с мембраны. Исследователи также предлагают концепцию, согласно которой дефекты ASTN2 приводят к патологиям функционирования нервной системы, таким как аутизм и когнитивные нарушения.

По-видимому, он регулирует динамическое равновесие различных белков – рецепторов, ферментов синтеза медиаторов, транспортных белков, компонентов цитоскелета нейрона и прочих, в первую очередь, в эмбриональном развитии. Это необходимо для миграции клеток, правильного развития нервной ткани и ее адекватного функционирования. Но, как оказалось, этот белок присутствует и в мозге взрослых людей.

Там он, скорее всего, играет все те же роли, но теперь – для обеспечения когнитивных и моторных функций. Подтверждение этого – наиболее выраженная его экспрессия в мозжечке. Но дальше ждали еще сюрпризы: параллельное независимое медицинское исследование семьи с нервно-психическими расстройствами, в том числе аутизмом и языковыми задержками, выявило у всех членов мутацию в белке ASTN2. Эта находка навела исследователей на мысль том, что нарушение связей между нейронами, обусловленное неправильной конфигурацией этого белка, может оказаться виноватым в развитии таких патологий.

Исследователи использовали специальный метод микроскопии для определения того, где ASTN2 экспрессируется в мозжечке мыши. Они обнаружили, что он проявляется прежде всего в компонентах нейронов, ответственных за перемещение белков, и удалось идентифицировать ряд молекул, которые прикрепляются к ASTN2.

Когда исследователи увеличили экспрессию ASTN2 в мышиных нейронах (то есть активность генов, отвечающих за его синтез, стала выше), уровни связывающихся с ним белков заметно снизились. Это указывает на то, что ASTN2 присоединяется к этим белкам и затем отделяет их от мембраны для утилизации в клетке. Ученые также заметили, что клетки с повышенным АСТН2 активнее образовывали синапсы; и они подозревают, что снижение ASTN2 дает противоположный эффект.

Дефицит этого белка приводит к тому, что синапсы слабеют и хуже функционируют: нервный импульс распространяется медленно, его передача нарушена. Без ASTN2 белки накапливаются на поверхности клетки, что препятствует образованию нормальных нейронных связей.

Результаты этого исследования вскрыли сразу два важных момента: чрезмерное накопление белков на поверхности нейронов может стать причиной нарушения коммуникаций между нейронами и развития нервных патологий, а также дает толчок к рассмотрению мозжечка в качестве одной из ключевых структур в развитии аутизма и прочих психических нарушений.

 

Текст: Дарья Тюльганова


ASTN2 modulates synaptic strength by trafficking and degradation of surface proteins by Hourinaz Behesti, Taylor R. Fore, Peter Wu, Zachi Horn, Mary Leppert, Court Hull, and Mary E. Hatten in PNAS. Published September 2018.

http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1809382115

Картинка дня: синапс-гигант

Исследователи из университета Окинавы реконструировали трёхмерную стуктуру гигантского синапса, который «обнимает» тело постсинаптического нейрона целиком. Уникальная структура оказалась намного больше «стандартного» синапса (смотрите сравнение размеров…

Мозг дрозофилы — вплоть до синапсов

Исследоваталям из Вирджинии удалось создать трехмерную модель мозга мухи Drosophila melanogaster с разрешением, позволяющим увидеть синапсы и проследить нейрональные контуры, ответственные за поведение. Результаты, полученные…

Картинка дня: дендриты и шипики

Credit: Tassilo Jungenitz На этой фотографии — дендриты новорожденных нейронов, сплошь покрытые дендритными шипиками, подобно роза — шипами. Чуть позже эти шипики станут синапсами, соединениями, передающими сигнал…

Нейростарости: культура гигантских синапсов поможет наблюдать за транспортом нейромедиаторов

Исследователи из Окинавского института науки и технологии (OIST) в Японии сумели создать стабильную культуру гигантских синапсов, которая может стать прорывом в микроскопическом изучении синаптической передачи….

Оптогенетика картирует нейроны с точностью до одного синапса

Ученые из института нейронаук Общества Макса Планка во Флориде оптимизировали метод оптогенетического картирования нейронных сетей, благодаря чему стало возможно изучать синаптические связи между клетками с…