Как синапсы скрепляются: учёные обнаружили, что белок мозга гефирин образует гибкие филаменты

Учёные из Института биохимии Кёльнского университета сделали ключевое открытие о молекулярной основе формирования синапсов в центральной нервной системе. Они изучали тормозные синапсы — «тормоза» мозга, которые регулируют прекращение передачи сигнала.

Исследователи сосредоточились на белке гефирине, который стабилизирует одну половину этих синапсов — постсинаптическую плотность. Работа опубликована в журнале Nature Communications под названием «Филаменты гефирина представляют молекулярную основу тормозных постсинаптических плотностей».

Исследование выявило ранее неизвестную форму молекулярного взаимодействия в гефирине, позволяющую ему формировать удлинённые филаменты. Эти филаменты являются организационной основой для формирования постсинапса, что, в свою очередь, приводит к образованию миллиардов синапсов, используемых мозгом практически во всех коммуникационных функциях.

Под руководством профессоров Гюнтера Шварца и Эльмара Бермана команда использовала передовую крио-электронную микроскопию для визуализации трёхмерной структуры гефирина. Было обнаружено, что один домен гефирина, который связывается с нейрорецептором и формирует димеры, строит вытянутые филаментные структуры, что стало большим сюрпризом.

Ранее считалось, что белки в конденсатах с фазовым разделением неупорядочены, но теперь выявлен замечательный уровень организации. Помимо структурной работы, эксперименты in vitro и на изолированных клеточных линиях не только показали, что эти филаменты необходимы для формирования синапсов, но и объяснили, почему специфические мутации в гене гефирина вызывают неврологические заболевания.

«Это крупный прорыв в нашем понимании молекулярной основы формирования тормозных синапсов», — говорит ведущий автор Шварц. — «Наши выводы имеют важное значение для разработки новых методов лечения неврологических расстройств, связанных с этими синапсами, таких как эпилепсия».

Берман добавляет: «Использование крио-электронной микроскопии позволило нам визуализировать филаменты гефирина с беспрецедентной детализацией. Это дало нам более глубокое понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе тормозных синапсов, и открыло новые пути для исследований».

Первый автор работы, доктор Артур Мача, отметил: «Мы были удивлены, обнаружив в наших данных интерфейсы между молекулами гефирина, похожие на букву "Z". Это открытие заполняет пробел в нашем понимании того, как функционально связаны расположение рецепторов, взаимодействие гефирина и формирование синапса».

Исследование, проведённое в Институте биохимии Кёльнского университета, может революционизировать понимание молекулярной основы тормозных постсинаптических плотностей и заложит основу для анализа архитектуры целых синапсов на новом молекулярном уровне.