Часто наблюдаемый, но никогда не изучавшийся: Первая характеристика ключевого постсинаптического белка

Белок, обнаруживаемый в постсинаптических белковых агрегатах, оказался критически важным для их формирования. Открытие учёных из Университета Кобе выявило нового ключевого игрока в синаптической функции и впервые пролило свет на его ранее не охарактеризованную клеточную роль и эволюцию.

Процессы в синапсе — соединении между двумя нейронами — являются ключевым фактором работы мозга. Передача сигнала от пресинаптического к постсинаптическому нейрону опосредована белками, и их дисбаланс может приводить к нейропсихиатрическим состояниям, таким как тяжёлая депрессия, аутизм или алкогольная зависимость.

Однако из-за огромного разнообразия белков в этом соединении многие из них ещё не изучены, и часто даже неясно, принадлежат ли ранее обнаруженные белки именно синапсу или являются примесями, возникшими в процессе анализа.

Особенно заметная структура непосредственно под постсинаптической мембраной — так называемая «постсинаптическая плотность», агрегация, возможно, тысяч различных белков.

Чтобы пролить свет на постсинаптическую плотность, нейрофизиолог Такуми Тору и его группа из Университета Кобе сначала сравнили 35 наборов данных предыдущих исследований этого феномена, чтобы выяснить, какие неохарактеризованные белки появляются в них последовательно. Их статья опубликована в PLoS Biology.

Первый автор статьи Кайдзука Такеши объясняет: «Мы создали аналитический конвейер для унификации и сопоставления белковых структур в разных наборах данных. Это привело к идентификации малоизученного синаптического белка, который был обнаружен более чем в 20 из этих наборов».

Это указывало на то, что белок с маркировкой FAM81A, вероятно, важен для функции всей структуры. Поэтому команда проанализировала его взаимодействия с другими белками, распределение в нейронах и вокруг них, влияние на форму и функцию нейронов, механизм его работы и его эволюцию. Фактически они провели первое полное описание этого белка.

Такуми резюмирует: «Важное открытие заключается в том, что FAM81A взаимодействует по крайней мере с тремя основными постсинаптическими белками и модулирует их конденсацию. Это позволяет предположить, что FAM81A является основным регуляторным фактором в постсинаптической плотности».

Группа подтвердила, что FAM81A способствует конденсации ключевых белков в безмембранный органелл посредством жидкофазного разделения — процесса, при котором сильно взаимодействующие молекулы вытесняют элементы окружающей среды. Также было показано, что отсутствие белка приводит к значительному снижению активности в культивируемых нейронах.

У людей есть две родственные копии гена: FAM81A и FAM81B. Однако в то время как FAM81A экспрессируется в мозге, FAM81B экспрессируется только в семенниках. Более того, у птиц и рептилий также есть две копии гена, но у амфибий, рыб и беспозвоночных — только одна, и её экспрессия не локализована в одной ткани.

«Интересно, что эволюционная консервативность функции FAM81A в синапсе, по-видимому, ограничена по сравнению с другими синаптическими молекулами, поскольку гомолог FAM81A у рыб не обнаруживается в синапсе. Это позволяет предположить, что FAM81A может быть ключевым белком для понимания когнитивных функций мозга высших позвоночных», — говорит Кайдзука.

Но эта работа — лишь первый шаг. Чтобы по-настоящему понять роль белка, необходимо изучить его функцию в сложной среде мозга. Исследовательская группа Университета Кобе планирует создать мышиные модели, лишённые гена FAM81A, и изучить последствия этого как для функции синапсов, так и для поведения организма.