Мозг — это главный орган человека, который не только контролирует каждое намеренное действие, например, движение рук или ходьбу, но и защищает нас от вреда, посылая сообщения через крошечные клетки, называемые нейронами. Посредством этого взаимодействия центральная нервная система контролирует всё, что делает ваше тело, от движения руки до защиты от боли. Например, когда человек прикасается к чему-то опасному, например, к острому ножу или горячему предмету, нервная система быстро посылает сигналы, чтобы помочь человеку избежать травмы.
Сама нервная система состоит из двух основных частей:
— главной нервной системы, называемой центральной, которая включает головной и спинной мозг;
— разветвлённой периферической сети, которая простирается по всему телу.
Обе эти части состоят из нейронов — таких специальных клеток, принимающих и передающих различные импульсы-сигналы. Это своеобразные по строению клетки, которые имеют клеточное тело, одну длинную проволокообразную ветвь (покрытую жировой оболочкой, ускоряющей сигналы) и множество маленьких антеннообразных ветвей, принимающих сигналы от других нейронов. Сигналы передаются по этим ветвям к головному и спинному мозгу, чтобы тело могло отступить от опасности, но если импульсы становятся слишком сильными или длятся слишком долго, то они могут повредить сами клетки головного мозга.
Нейротрансмиссия (термин, обозначающий передачу информации) происходит в крошечном зазоре между нейронами, называемом синапсом. Именно там встречаются два нейрона для передачи химических и электрических сигналов, переносимых микроскопическими заряженными частицами, называемыми ионами. В основном это ионы таких химических элементов, как натрий, калий или кальций, которые создают электрическую составляющую нервных сигналов. В синапсе нейроны содержат AMPA-рецепторы — своеобразные «ворота» в нейронах, которые открываются, чтобы впустить ионы, когда поступает глутамат. Именно эти рецепторы позволяют ключевым сообщениям проникать в клетки и дают мозгу возможность адаптироваться. Глутамат — это очень интересное основное химическое вещество мозга, запускающее множество нервных сигналов – он, подобно ключу, высвобождается в синапс и связывается с AMPA-рецептором, открывая его и позволяя ионам поступать в клетку, продолжая передачу сигнала.
AMPA-рецепторы имеют решающее значение для обучения и памяти – но, если они работают неправильно, это может повлиять на функцию мозга. Поскольку предварительные данные связывают разрушение AMPA-рецепторов с первыми стадиями потери памяти при болезни Альцгеймера, понимание того, как определённые вещества могут стабилизировать эти рецепторы, может указать на новые методы лечения.
Например, изменения в «строительных блоках», составляющих AMPA-рецепторы, могут привести к попаданию слишком большого количества кальция в клетку и вызвать повреждение из-за чрезмерной активности, что вредит мозгу. Изменения в генах, регулирующих AMPA-рецепторы, также могут нарушить их перемещение к синапсу и от него — процесс, при котором мозг посылает больше рецепторов на поверхность клетки, когда ему нужны более сильные сигналы, и втягивает рецепторы обратно внутрь клетки, когда он хочет уменьшить сигнал. Если этот баланс нарушен, клетки мозга могут не передавать сообщения должным образом.
Многие заболевания головного мозга, такие как расстройства аутистического спектра, болезнь Альцгеймера и эпилепсия, связаны с проблемами AMPA-рецепторов. Но человеческий организм вырабатывает природное химическое соединение, которое называется липоевая кислота, которое защищает клетки головного мозга, уменьшая отеки и повреждения. Оно делает это, успокаивая отёк (воспаление) и предотвращая повреждения, вызванные вредными молекулами. Поддерживая здоровье клеток мозга, липоевая кислота может помочь в лечении заболеваний мозга, обеспечивая правильную работу AMPA-рецепторов.
Нейроны передают электрохимические сигналы посредством химических веществ, называемых нейромедиаторами (являются некими химическими посредниками, передающими сигналы от одного нейрона к другому), а липоевая кислота помогает этим сигналам распространяться через синапс. Если нейроны повреждены или химическая среда вокруг них изменена (например, во время болезни или после травмы), поток нейротрансмиттеров может быть нарушен. Чтобы увидеть, как липоевая кислота изменяет сигналы, передаваемые между нейронами, учёные использовали очень чувствительный метод электрической регистрации, который позволяет измерять электрический ток, то есть поток ионов внутри одних створок «ворот» AMPA-рецептора.
Но процесс изучения влияния кислоты оказался не так прост — исследователям для этого нужно было выбрать один конкретный тип клеток. Вместо настоящих нейронов головного мозга они использовали специальные выращенные в лаборатории клетки, называемые клетками HEK293T, полученные из тканей человека. Их гораздо проще выращивать и контролировать, чем настоящие нейроны. Чтобы заставить эти клетки вести себя как нейроны, в них вводились новые молекулы-инструкции (ДНК или РНК), которые учат их создавать те же самые ворота AMPA-рецепторов, что и в клетках головного мозга. Эти инструкции, по сути, говорят клеткам вести себя подобно клеткам головного мозга. После двух дней пребывания в тёплом инкубаторе, для завершения этого изменения, проверяется эффективность, путём добавления окрашенного белка. Если клетки светятся, значит, процесс прошёл успешно.
Далее начинается совсем фантастический процесс микробиологии с использованием очень тонкой стеклянной трубки, называемую микропипеткой. Она заполняется специальным раствором, который способствует образованию уплотнения, когда микропипетка касается клеточной мембраны. Представьте клетку как маленький домик: там аккуратно делается окно, достаточно большое, чтобы заглянуть внутрь и наблюдать, как «свет» (ионные токи) включаются и выключаются. Через это окно, с помощью специальных регистрирующих датчиков и медицинского сервера, измеряется то, как ионы движутся через AMPA-рецептор. Это позволяет учёным точно видеть, насколько активна клетка. Этот метод называется методом пэтч-клемпа всей клетки. Также используется лабораторный прибор, позволяющий учёным мягко «прислушиваться» к мельчайшим токам внутри клетки. Такие сложные процедуры помогают исследователям получить точные измерения работы ионных каналов.
Данные исследования позволило выяснить, что без липоевой кислоты в клетку поступает слишком много кальция. Эта перегрузка может привести к нарушению нормальной работы клетки или даже к ее гибели, что может нанести вред мозгу. А при наличии липоевой кислоты в клетку поступает меньше кальция, что способствует поддержанию здоровья мозга. Количество глутамата в обоих случаях оставалось неизменным. Это понимание воздействия считается важным, поскольку такое более быстрое отключение сокращает время поступления ионов, таких как кальций, в клетку, снижая риск чрезмерной активности, которая может вызывать стресс или даже повреждать нейрон, приводя к очень серьёзным необратимым заболеваниям.
При болезни Альцгеймера AMPA-рецепторы работают неправильно, поэтому изучение липоевой кислоты может предоставить полезную информацию, которая поможет учёным разработать новые методы лечения или профилактики. Поскольку люди пока мало знают об AMPA-рецепторах, изучение липоевой кислоты может улучшить понимание того, как они функционируют и сохраняют функциональность головного мозга.
