Электрические колебания в микротрубочках связывают цитоскелет с нейронной сигнализацией

Исследователи из UT San Antonio раскрыли новые детали об электрических сигналах внутри нервных клеток, углубляя понимание работы мозга.

Их работа представлена в исследовании "Electrical Oscillations in Microtubules", опубликованном в Scientific Reports.

Команду под руководством Марсело Маручо, профессора физики и астрономии, и аспиранта Мд Мохсина, исследующую электрическую активность внутри нейронов, поддержали международные коллабораторы.

"Понимание того, как работают электрические процессы, может быть ключевым для связи поведения клеточного скелета с активностью нейронов", — сказал Маручо.

Фокус на внутренних структурах клетки

В то время как наука значительно продвинулась в понимании передачи сигналов через внешние мембраны нервных клеток, команда Маручо сосредоточена на процессах внутри клетки, в цитоскелете. Цитоскелет — это сеть структур в цитоплазме, состоящая из актиновых филаментов и микротрубочек.

Предыдущие исследования недооценивали роль этих структур в нейронной сигнализации. Однако исследование Маручо предполагает, что микротрубочки могут действовать как миниатюрные электрические провода, облегчая передачу сигналов на большие расстояния.

"Вместо того чтобы полагаться исключительно на медленные процессы диффузии, клетки могут использовать электрические сигналы вдоль этих структур цитоскелета для регуляции локальных биохимических реакций и поддержки сложных функций мозга", — пояснил Маручо.

Последствия для здоровья мозга и болезней

"В долгосрочной перспективе понимание того, как электрические дисфункции в филаментах цитоскелета влияют на нейроны, может помочь в разработке методов лечения некоторых нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, понимание связи между памятью, обучением и коммуникацией цитоскелета может привести к терапиям, предотвращающим, замедляющим или обращающим вспять потерю памяти и улучшающим нейропластичность — способность мозга адаптироваться на протяжении жизни", — добавил он.

Используя передовые исследовательские модели, учёные обнаружили молекулярные механизмы, генерирующие электрические колебания с частотой около 39 Гц в микротрубочках — частотой, схожей с наблюдаемой при активности мозга. При электрической стимуляции эти структуры могут передавать энергию между своими внутренней и внешней поверхностями через крошечные отверстия (нанопоры), потенциально повышая эффективность и длительность нейронной коммуникации.

"Представьте, что ваше тело и мозг — это современный высокотехнологичный автомобиль, который дала природа, а мы научились им управлять", — сказал Маручо.

"Однако со временем вы замечаете, что производительность автомобиля падает, а команды начинают давать сбой. Вы хотите знать, как сохранить свой автомобиль 'здоровым' на долгие годы, и, возможно, хотите внести изменения для повышения его производительности".

"Как только мы лучше поймем, как работает каждый нейрон, мы сможем научиться поддерживать, улучшать и ремонтировать их, как мы делаем это с нашими транспортными средствами", — добавил он.

Открытие команды демонстрирует, как учёные преодолевают разрыв между физикой и биологией, чтобы лучше понять, как функционируют живые системы и обрабатывают информацию.