В недавнем исследовании междисциплинарная группа ученых из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) и Китайского университета Гонконга (CUHK) обнаружила, что две большие протеинкиназы, ATM и ATR, сотрудничают, чтобы помочь наладить работу / остановить баланс.
Результаты были опубликованы в Journal Proceedings of the National Academy of Sciences 9 января 2018 г.
«Наше открытие предлагает свежий взгляд на то, как наш мозг уравновешивает возбуждение и торможение — в основном« идти »и« останавливать »поведение», — сказал Айфан Ченг, первый автор статьи. "Мы показываем, что банкоматы и ATR регулируют уровни друг друга в мозгу. Когда уровни банкоматов падают, уровни ATR увеличиваются и наоборот. Не менее важно, что регулярная активность мозга также изменяет уровни двух белков.
Это означает, что нейронная активность и две киназы находятся в динамическом «диалоге», который помогает поддерживать соответствующий баланс между возбуждением и торможением (известный как баланс E / I), регулируя уровни ATM и ATR.«Не менее важно, что команда обнаружила, что два белка разделяют ответственность за выполнение и остановку функций. ATM помогает регулировать только возбуждающие события, а ATR — только тормозящие; это достигается за счет управления движением крошечных синаптических пузырьков в нейрональном синапсе — промежутке между двумя нейронами, который регулирует поток информации в головном мозге.
Используя микроскопию сверхвысокого разрешения, предложенную Центром визуализации сверхвысокого разрешения (SRIC) в HKUST, исследователи смогли увидеть клеточное расположение двух киназ при сверхвысоком увеличении. Специально разработанный микроскоп сверхвысокого разрешения с активной блокировкой предметного столика обеспечивает стабильность, необходимую для получения изображений с высоким разрешением. Группы ранее работали вместе, чтобы показать, что ATM был обнаружен на синаптических пузырьках, но никто никогда не искал ATR. Объединив свои усилия во второй раз, команда смогла показать, что ATR также присутствует на синаптических пузырьках (идентифицированных с помощью белка под названием VAMP2).
«Одна из проблем, с которыми мы столкнулись, заключалась в том, что даже при большом увеличении все пузырьки выглядели примерно одинаково», — сказал Ду Шэнван, профессор физики и заместитель директора SRIC. «Чтобы обеспечить дифференциацию, мы разработали трехцветную версию нашей системы сверхвысокого разрешения, которая позволила команде доказать, что ATM и ATR никогда не были обнаружены на одном и том же синаптическом пузырьке, содержащем VAMP2."
Затем команда HKUST отправила свои результаты своим сотрудникам в CUHK, где они получили четкие изображения с высоким разрешением нормальных синапсов и синапсов нейронов, у которых не было белка ATM. Это позволило Ченг измерить размер синаптических везикул, и она обнаружила, что везикулы без АТМ были больше, чем обычно, что указывает на проблему с составом синаптической мембраны.
«Новые открытия относятся к сфере фундаментальных исследований, но они имеют важное значение для болезней человека», — сказал Карл Херруп, председатель кафедры и руководитель отдела наук о жизни HKUST, директор SRIC и старший автор рукописи. "Например, эпилепсия — это состояние, при котором одна из проблем заключается в том, что подавление не работает. Как показывают наши результаты, люди со слишком низким ATR имеют проблемы с эпилепсией, в то время как люди с дефицитом банкоматов, напротив, обладают атаксией — сниженной способностью совершать точно контролируемые движения и поддерживать надлежащее соотношение E / I. Это означает, что между ATM и ATR существует взаимосвязь инь-ян.
И действительно, это только начало. Мы считаем, что наша работа может иметь отношение к гораздо более широкому спектру неврологических состояний."