Как рецепторы нейромедиаторов транспортируют кальций — процесс, связанный с возникновением неврологических заболеваний

Новое исследование учёных из Университета Макгилла и Университета Вандербильта проливает свет на молекулярные истоки некоторых форм аутизма и умственной отсталости.

Впервые исследователям удалось получить атомарные изображения быстродвижущегося ионотропного глутаматного рецептора (iGluR) в процессе транспортировки кальция. iGluR и их способность транспортировать кальций жизненно важны для многих функций мозга, таких как зрение или обработка информации от сенсорных органов. Кальций также вызывает изменения в сигнальной способности iGluR и нервных связей — ключевые клеточные события, ведущие к нашей способности обучаться и формировать воспоминания.

iGluR также играют ключевую роль в развитии мозга, и было показано, что их дисфункция из-за генетических мутаций приводит к некоторым формам аутизма и умственной отсталости. Однако базовые вопросы о том, как iGluR запускают биохимические изменения в физиологии мозга, транспортируя кальций, оставались малоизученными.

В исследовании учёные сделали миллионы снимков белка iGluR в момент транспортировки кальция и неожиданно обнаружили временный карман, который улавливает кальций с внешней стороны белка. Затем они использовали высокоразрешающие электрофизиологические записи, чтобы наблюдать за движением белка при транспортировке кальция в нервную клетку.

«Результаты важны, потому что мы впервые описываем механизм, с помощью которого транспортируется кальций, что в конечном итоге управляет клеточными процессами, ведущими к обучению и памяти», — сказал Дерек Боуи, со-руководитель группы Cell Information Systems в Школе биомедицинских наук и ведущий автор исследования из Макгилла, опубликованного в Nature Structural and Molecular Biology.

Обнаруженный биологический механизм не только сохранился у всех видов млекопитающих, но также обнаружен у организмов, ответвившихся от эволюционного пути человека более 500 миллионов лет назад.

«Изначальный план строения белка был настолько хорош, что, кажется, эволюции не потребовалось его менять», — отметил Боуи.

«Визуализация крошечных ионов и молекул воды в поровом канале с помощью технологии крио-ЭМ была поистине удивительным опытом. Она выявила древний кальций-связывающий карман, который мы смогли далее понять с функциональной точки зрения в сотрудничестве с лабораторией Боуи. Наше открытие является фундаментальным для кальциевой сигнализации в нейронах и поднимает интересные гипотезы о синаптической функции, которые можно будет проверить в будущих экспериментах», — сказал ведущий автор из Вандербильта, профессор отделения молекулярной физиологии и биофизики Школы медицины Теруаки Накагава.