Никотин работает внутри клеток, чтобы усилить зависимость
Когда человек затягивается сигаретой, никотин попадает в мозг, цепляясь за рецепторы на поверхности нейронов и вызывая чувство счастья. Но никотин не просто остается на поверхности клеток - препарат на самом деле проникает в нервные клетки и изменяет их изнутри. Теперь группа ученых разработала сенсор белка, который светится в присутствии никотина, что позволяет исследователям наблюдать за движениями никотина в клетках и узнавать больше о природе никотиновой зависимости.
Работой руководил Генри Лестер, профессор биологии в Калифорнийском технологическом институте и ранее приглашенный ученый в исследовательском кампусе Janelia Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). Документ, описывающий исследование, появится в Интернете 4 февраля в Журнале общей физиологии . Лестер также является ассоциированным преподавателем Института неврологии Тяньцяо и Крисси Чен в Калифорнийском технологическом институте.
Эндоплазматический ретикулум является эквивалентом фабрики и склада клетки - места, где белки синтезируются и упаковываются для отправки в другие места внутри и снаружи клетки. Никотиновые рецепторы (nAChR) входят в число этих белков; после производства в эндоплазматическом ретикулуме они перемещаются на поверхность клетки. Когда молекулы никотина попадают в организм, они проходят через кровоток и достигают клеток мозга, где встречаются с nAChR на поверхности этих клеток. Это запускает клеточные процессы высвобождения химических веществ из награды и счастья.
Однако то, что происходит после проникновения никотина в клетки, не совсем понятно. Лестер и другие ранее обнаружили, что некоторые nAChRs остаются на «складе» - эндоплазматической сети, где они тоже могут связываться с никотином. Надеясь понять влияние никотина в клетках, Лестер и его команда разработали инструмент, называемый биосенсором, для визуализации места скопления препарата внутри клеток. Биосенсор состоит из специального белка, который может открываться и закрываться, как мухоловка Венеры, и инактивированного флуоресцентного белка. Датчик предназначен для закрытия вокруг никотина, и это затем активирует флуоресцентный белок, чтобы ярко светиться, указывая, где молекулы никотина расположены и сколько их присутствует.
Ученые могут помещать биосенсоры в определенные части клетки - в этой работе они помещают их в эндоплазматический ретикулум и на поверхности клеток - и наблюдают, как они загораются при поступлении никотина.
Делая фильмы о клетках, содержащих биосенсоры, в лабораторной посуде, команда обнаружила, что никотин попадает в эндоплазматический ретикулум в течение нескольких секунд после появления вне клетки. Кроме того, уровней никотина более чем достаточно, чтобы воздействовать на nAChR во время их сборки и сопровождать дополнительные nAChR на пути к клеточной поверхности. В результате, нейроны более чувствительны к никотину, что усиливает приятные ощущения после затяжки табачной сигареты или электронной сигареты. Другими словами, чем больше человек курит, тем быстрее и легче курильщик получает никотиновый глоток. Это часть никотиновой зависимости.
В то время как фильмы в настоящее время посвящены изучению изолированных нейронов в лаборатории, ученые хотят определить, похожи ли внутриклеточные движения никотина в нейронах живых мышей. Кроме того, они разрабатывают биосенсоры для других лекарств, таких как опиоиды и антидепрессанты, чтобы наблюдать, как эти соединения взаимодействуют внутри и снаружи клеток.