Buňka: Challenge učebnice! Odhalit mechanismus uvolňování dopaminu v mozku

Po desetiletích výzkumu o klíčové roli neurotransmiteru dopaminu v motorické kontroly a odměňování chování, to se stalo ohniskem nesčetných úsilí pochopit jeho činnost, zejména při použití v onemocnění, jako je Parkinsonova nemoc a závislost Když dojde k odchylce v.

Přestože vědci učinili značný pokrok, málo je známo o mechanismu, kterým zdravé dopaminové buňky uvolňují tento neurotransmiter. Tato mezera omezuje schopnost vědců vyvinout léčbu řady onemocnění souvisejících s dopaminem.

V nové studii vědci z Harvardské lékařské fakulty identifikovali molekulární mechanismus zodpovědný za přesnou sekreci dopaminu v mozku. Příslušné výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Cell v únoru 8, 2018 a papír s názvem "Dopaminová sekrece je zprostředkovaná řídkými aktivními zónovými místy vydání".

Obrázek je z buňky, doi: 10.1016 / j.cell.2018.01.008.

Tato studie identifikovala konkrétní místa v neuronech produkujících dopamin, které uvolňují dopamin rychlým, prostorově přesným způsobem- toto zjištění souvisí s tím, jak tento neurotransmiter přenáší signály v mozku Současný model konflikty.

Odpovídající autor článku, Pascal Kaeser, odborný asistent neurobiologie na Harvard Medical School, řekl: "Tento dopaminový systém hraje důležitou roli v mnoha nemocech, ale jen málo studií navrhlo, jak zdravé dopaminové neurony uvolňují tento neurotransmiter. Kvalitativní základní otázky. "Lepší pochopení dopaminu v laboratoři může mít obrovský dopad na schopnost léčit nemoci, kde je signál dopaminu nevyrovnaný.

V mozku, o 0.01% neuronů jsou zodpovědné za produkci dopaminu, ale kontrolují širokou škálu mozkových procesů, včetně řízení motoru, systémy odměňování, učení, a paměť.

Kaeser řekl, že výzkum dopaminu se zaměřuje na jeho dysfunkce a proteinové receptory, které neurony používají k příjmu dopaminu. Přestože tento neurotransmiter hraje důležitou roli, za normálních okolností, výzkum o tom, jak se uvolňuje v mozku je omezená.

Už žádné nepotřebné

K identifikaci molekulárního mechanismu zodpovědného za sekreci dopaminu se Kaeser a jeho kolegové zaměřili na neurony produkující dopamin ve středním mozku, které se podílejí na nervových obvodech, které vyvolávají pohyb a odměňují chování.

Tito vědci nejprve hledali aktivní zónu, konkrétní místo uvolnění neurotransmiteru umístěné v synapse (tj. kde jeden neuron kontaktuje jiný neuron). Pomocí super-rozlišení mikroskopie na obraz části mozku promítané dopaminové neurony, zjistili, že dopaminové neurony obsahovaly proteiny, které znamenaly přítomnost aktivních oblastí.

Tyto aktivní oblasti naznačují, že neurony se mohou podílet na rychlé synaptické přenosu, ve kterém neurotransmiter signály jsou přesně převedeny z jednoho neuronu do druhého během milisekund.

Toto je první důkaz o existenci rychlých aktivních zón v dopaminových neuronech, a předtím, Tyto neurony byly považovány za pouze zapojeny do takzvaný přenos objemu (přenos objemu), to znamená, že tento neurotransmiter v mozku Signály jsou odesílány pomalu a ne specificky v relativně velkých oblastech.

Hustota aktivních oblastí v dopaminových neuronech je nižší než hustota aktivních oblastí v jiných neuronech a další experimenty podrobně odhalují, jak je tento neurotransmiter vylučován a rychle uvolněn Reabsorb.

Kaeser řekl: "Myslím, že naše zjištění změní naše vnímání dopaminu. Naše data naznačují, že dopamin se uvolňuje na určitém místě, s neuvěřitelnou prostorovou přesností a rychlostí, a předtím si lidé mysleli, že dopamin je vylučován pomalu a neuspořádaně. "

V jiné sadě experimentů vědci použili genetické nástroje k odstranění několika proteinů aktivní oblasti. Odstranění specifický protein s názvem RIM je téměř dost zcela zabránit sekreci dopaminu u myší. RIM je spojena s řadou onemocnění, včetně neuropsychiatrických poruch a vývojových poruch. Nicméně, s výjimkou jiné aktivní domény protein měl malý vliv na uvolňování dopaminu, což naznačuje, že sekrece dopaminu závisí na unikátní molekulární mechanismus.

Changliang Liu, první autor článku a postdoktorandský výzkumník v Kaeserově laboratoři, řekl: "Náš výzkum ukazuje, že dopaminové signály jsou organizovanější, než se dříve myslelo."

Liu řekl: "Potvrdili jsme, že aktivní oblast a RIM spojené s nemocemi, jako je schizofrenie a poruchy autistického spektra v lidském genetickém výzkumu jsou klíčem k transdukci dopaminového signálu. Tyto nově zjištěné mechanismy mohou souviset s těmito nemocemi To může vést k rozvoji nových léčebných strategií v budoucnu. "

Tito vědci studují tyto aktivní oblasti podrobněji, aby získali hlubší pochopení jejich role v transdukci signálu dopaminu a jak s nimi manipulovat.

Kaeser řekl: "Investovali jsme spoustu energie do pochopení celého dopaminového signalizačního mechanismu. Pro tuto chvíli, Většina léčby poskytují mozku s nadměrným dopaminem, který aktivuje procesy, které by neměly být aktivovány, tak to přinese mnoho vedlejších účinků. "

Řekl: "Naší dlouhodobou nadějí je identifikovat bílkoviny, které pouze zprostředkují sekreci dopaminu. Představte si, že manipulací s uvolňováním dopaminu, můžeme být schopni lépe rekonstruovat normální signály v mozku.

zdroj: changliang Liu, Lauren Kershberg, Jiexin Wang et al.Sekrece dopaminu je zprostředkována řídké aktivní zóny-jako release sites. Buňka, 8 Únor 2018, 172(4):706-718, doi:10.1016/j.cell.2018.01.008.