В истории нейронаук хорошо известен спор между заклятыми соперниками Сантьяго Рамон-и-Кахалем и Камилло Гольджи о том, как соединяются нервные клетки. Гольджи считал, что нейроны плавно перетекают один в другой и не имеют «мест соединений», Кахаль – что такие места есть. Оба остались при своём мнении, даже получив Нобелевскую премию. Рассудил всех Чарльз Шеррингтон, который и придумал слово «синапс» – место соединения нейронов. Именно через них передаётся сигнал от одной нервной клетки к другой – посредством небольших молекул-нейромедиаторов, выбрасывающихся из пресинаптической мембраны и соединяющихся с белками-рецепторами мембраны постсинаптической.
Синапсы классифицируют по-разному. Один из главных вариантов – классификация по знаку действия. Синапсы бывают возбуждающие и тормозные. Тормозной синапс не позволяет нейрону быть всё время возбуждённым.
До недавнего времени считалось, что белки-рецепторы тормозных синапсов гораздо проще и беднее возбуждающих. Однако исследование, проведенное в 2016 году учёными из Университета Дьюка и опубликованное в Science, пополнило «коллекцию» «тормозных белков» на целых 140 молекул!
Поскольку явление возбуждающих и тормозных синапсов было открыто еще в 1959 году Эдвардом Греем, авторы исследования 2016 года, Скотт Содерлинг и Акийоши Уезу приводят метафору сейфа, где эти белки находились полвека, никак не связываемые наукой с тормозными синапсами.
На иллюстрации: пик аномальной эпилептической активности мозга в гиппокампе при нехватке синаптического белка InSyn1. Credit: Akiyoshi Uezu, Dan Kanak and Scott Soderling
Уезу и Содерлинг использовали новый метод «извлечения» белков из нейронов, который получил название BioID. Он использует бактериальный фермент, чтобы «поймать на крючок» близлежащий белок (абсолютно любой) в живой мыши, а затем этот комплекс извлекается из тканей и изучается доступными методами для определения структуры белка.
Когда Уезу получил список новых белков тормозящего синапса, оба исследователя «чуть не повыпадали из кресел», по выражению Содерлинга.
Оказалось, что гены некоторых белков уже были замечены в связях с эпилепсией, 27 белков участвуют в широкой ассоциации с заболеваниями аутистического спектра, а гены двух белков вообще не имели пока своей роли в организме. Авторы дали этим белкам названия InSyn1 и InSyn2. Уже показано, что при истощении уровня InSyn1 в некоторых нейронах оставляет ткани гиппокампа перевозбуждёнными и вызывает эпилептическую активность мозга.
Новое открытие открывает сразу несколько путей для медикаментозного лечения аутистических заболеваний и эпилепсии, а также позволяет начать серьёзное исследование роли тормозящих синапсов в формировании долговременной памяти: их роль в этом процессе изучена гораздо менее роли возбуждающих синапсов.
Текст: Алексей Паевский
Akiyoshi Uezu, Daniel J. Kanak, Tyler W.A. Bradshaw, Erik J. Soderblom, Christina M. Catavero, Alain C. Burette, Richard J. Weinberg, and Scott H. Soderling.
Identification of an Elaborate Complex Mediating Postsynaptic Inhibition.
Science, September 2016 DOI: 10.1126/science.aag0821