Ученые из Университета Медицины в Сент-Луисе (Washington University School of Medicine) обнаружили, что аутизм, и нарушения у людей, возникающие при нем — проблемы формирование памяти, высших когнитивных функций, способность к социальной коммуникации — могут быть отчасти обусловлены активностью рецепторов внутри клеток мозга.
Ученые и ранее были осведомлены о том, что существует вид рецепторов, которые располагаясь на поверхности клетки, потенциально вносят свой вклад в проблемы возникающие при аутизме. Однако до настоящего времени роль таких же рецепторов, но расположенных внутри клетки, оставалась неизвестной.
Последние внутри клетки существенно превосходят количество однотипных рецепторов на ее поверхности.
Рецепторы, зеленого цвета, расположены на поверхности клетки. Другой тип рецепторов, окрашенный красным, расположен внутри клетки. Ущербность в обучаемости, в социальной коммуникации, высших когнитивных функций у лиц с аутизмом может быть обусловлена нарушением в рецепторах, расположенных внутри клеток мозга.
Их сегодня активно изучают, они известны как mGlu5-рецепторы. Эти рецепторы активируются, когда связываются с глутаминовой кислотой — наиболее распространенным нейромедиатором в головном мозге, который передает сигналы между клетками и в числе первых отвечает за память и обучаемость. Активация этих рецепторов запускает цепочку реакций, которая преобразует внешний сигнал глутаминовой кислотой во внутреннее сообщение, проникающее и уже передающееся внутри клетки головного мозга.
В новом исследовании ученые работали с изолированными клетками in vitro связанными посредством mGlu5-рецепторов внутри клеток с целью выявить их минимальный объем, при котором нейроны еще способны к коммуникации друг с другом. Число внутренних рецепторов широко меняется. Этот объем критичен для получения новых навыков, памяти и может оказаться чрезвычайно избыточным у лиц страдающих аутизмом.
Фармацевтические компании разрабатывают химические вещества способные уменьшить опосредованную mGlu5 рецепторами передачу сигналов, моделируя их эффекты в клетках мозга. Однако эти вещества способны оказывать воздействие лишь на mGlu5 рецепторы расположенные на поверхности клеток. В свете новых открытий ученые интересуются: возможно ли найти способ «дотянуться» и оказать влияние на рецепторы, расположенные внутри нейронов.
«Наши результаты наводят на мысль, что для того чтобы получить существенный терапевтический эффект в лечении аутизма, мы должны быть уверены, что способны связывать оба типа этих рецепторов, как внутри нейронов, так и на их поверхности», говорит научный руководитель, доктор наук проф. нейробиологии Karen O’Malley.
Эти открытия были 25 марта в The Journal of Neuroscience. Они добавили новое измерение в понимание функционирования клеток головного мозга вообще и при аутизме в частности. Ученые достаточно долго полагали, что только расположенные на поверхности нейронов рецепторы могут быть активны. Новое исследование демонстрирует, что также внутренние рецепторы могут быть также активны, и их активность, скорее всего, носит несколько иной характер, чем однотипных, но расположенных на поверхностной мембране.
На изображении из опубликованной работы видна сеть нейронов. Разным цветом окрашены внутренние и внешние рецепторы нервных клеток.
«Обычный здравый смысл подсказывал, что внутренние рецепторы — это либо рецепторы, которые просто готовятся занять свои рабочие места на поверхности клетки, либо недавно покинувшие те места, завершив свою там работу», рассказала K. O’Malley. «Когда мы сравнили число mGlu5-рецепторов на поверхности с числом таких же внутри нервной клетки, мы заметили, что внутри их сравнительно много — 50% как минимум, а в отдельных случаях до 90%, тогда мы задали вопрос, а что если внутренние рецепторы выполняют свои иные функции?»
В предыдущих исследованиях K. O’Malley с соавторами показали, что mGlu5-рецепторы на поверхности клетки отправляют совершенно другие сообщения, чем точно такие же рецепторы, но расположенные внутри.
Ученым известно, что в большинстве исследований по аутизму использовались соединения, связывающие mGlu5 рецепторы, однако они не могли проникнуть внутрь клетки. Чтобы определить может ли связывание этих рецепторов внутри клетки оказывать на функцию нейронов другой эффект, K. O’Malley обратилась за помощью к доктору наук, проф. психиатрии Yukitoshi Izumi, профессору и директору департамента психиатрии Samuel B. Guze и Charles F. Zorumski, они известны своим исследованием клеточно-ориентированной модели обучения и памяти.
Изучая системы, основанные на этой модели, ученые использовали соединения, которые позволяли им активировать только mGlu5-рецепторы внутри клеток. В результате ими было обнаружено, что эти внутренние рецепторы играют существенно большую роль в снижении объема коммуникаций между клетками мозга, чем осуществляют поверхностные рецепторы.
Также K. O’Malley заметила, что в последние несколько лет ученые обнаружили более 20 типов рецепторов клеток мозга, расположенных не только на поверхности, но также в большом количестве представленные внутри клетки.
«Этот фактор следует учитывать, когда мы разрабатываем препараты своим действием нацеленные на рецепторы клеток головного мозга», заявила ученый, — «хотим ли мы воздействовать на те рецепторы, которые расположены на поверхности нейронов, или на те, которые внутри, или и на те, и на другие одновременно».
Michael C. Purdy; March 26, 2014
Нейрон — клетка нервной системы.
Рецептор — особая молекула, расположенная на поверхности клетки, которая как ключ замку соответствует своему медиатору.
Нейромедиатор — особая молекула, которая передает специфический сигнал между клетками нервной системы.
Коммуникация осуществляется, когда одна клетка выделяет медиатор, а рецепторы другой его захватывают и связывают.
Связывание запускает цепочку реакций внутри клетки в ответ на внешний сигнал, который либо в неизменном виде передается дальше, либо определяет дальнейшие действия клетки.
Существует около 2-х десятков медиаторов и комплиментарных к ним рецепторов, что позволяет осуществлять в целом эффективную коммуникацию между клетками головного мозга.
Любопытным может оказаться вклад этих и других рецепторов, расположенных отнюдь не на поверхности клетки, в коммуникацию и передачу сигнала внутри нейронной сети. Тем более что в некоторых клетках доля внутренних рецепторов приближается к 90%.
Небезынтересно соотношение наружных рецепторов к внутренним. Насколько эта величина постоянна и у кого. До сих пор считалось, что клетки взаимодействуют друг с другом, получая и передавая сигнал непосредственно через рецепторы, расположенные на наружной мембране. Фармпрепараты были нацелены на работу с внешними рецепторами, их действие на внутренние никем и никогда еще не исследовались.
Лица, страдающие аутизмом, испытывают серьезные трудности в коммуникации с внешним миром посредством традиционных способов. Избегают зрительного и тактильного контакта. Они сосредоточены и погружены в свой внутренний мир, рутинные внешние контакты бывают в ряде тяжелых случаев очень труднодостижимы. Несмотря на это, тем, кто по роду работы или профессии связан с такими пациентами, известны способы «достучаться» до их, условно говоря, «внутренних рецепторов».
Аутизм — крайний вариант. Существует, как известно, достаточно много промежуточных состояний, когда сознательно (но скорее по неосознанным причинам) человек избегает социальных контактов. Было бы интересно узнать существует ли тождество, например, между способностью к социальной коммуникации и характером взаимодействия клеток в нейронных сетях головного мозга. Имеют ли какие-либо аспекты психики свое отражение в морфологии нервных клеток, расположении рецепторов внутри или снаружи, их способе взаимодействия между собой. Как далеко инструментальными способами можно заглянуть в психическую сферу. Будут ли вообще эффективны даже деликатные манипуляции в психике с помощью химических препаратов или вновь и вновь будут появляться ранее неучтенные факторы типа внутренних gGlu5-рецепторов.