Маркиране на малки протеини за изследване на корените на депресията

Учени от университета Вандербилт са успели да маркират протеин, който регулира невротрансмитера серотонин с малки флуоресцентни топчета, което им позволява да проследяват движенията на единични молекули за първи път.

Способността, която отне почти десетилетие, позволява да се изследва регулацията на серотонина на ново ниво, което е важно поради ключовата роля, която серотонинът играе в регулирането на настроението, апетита и съня, според изследователите.

Регулаторният протеин, който учените успешно маркират, е известен като серотонинов транспортер. Той се простира през мембраната, която формира външната повърхност на нерва и действа като прахосмукачка, която изсмуква молекулите на серотонин в клетъчното тяло и далеч от серотониновите целеви рецептори на други клетки, регулирайки концентрацията на серотонин в областта около клетката.

Транспортерите на серотонин са важен обект на изследването, тъй като те са целта за най-често използваните лекарства за лечение на депресия, включително Prozac, Paxil и Lexapro, отбелязват изследователите.

„Ако се интересувате от психично здраве, тогава транспортерите на серотонин са идеална тема“, каза д-р Сандра Розентал, джак и Памела Игън, катедра по химия, която ръководи проучването с д-р Ранди Блейкли, Алън Д. Бас, професор по фармакология и психиатрия.

Изследователите отбелязват, че проблемите с регулирането на серотониновия транспортер също са свързани с аутизма. Преди две години Блейкли и генетикът Джеймс Сатклиф съобщават за откриването на множество промени в серотониновия транспортен протеин, които карат транспортника да стане „свръхактивен“ при хора с аутизъм.

Наскоро Blakely и Jeremy Veenstra-VanderWeele, MD, съобщиха, че мишките, експресиращи един от тези високофункционални транспортери, показват множество поведенчески промени, които приличат на промени, наблюдавани при деца с аутизъм.

Опитите да се разбере как работят тези превозвачи са били ограничени от трудността да се изучи тяхното поведение, според учените.

„В миналото бяхме ограничени до моментни снимки, които показват местоположението на транспортиращите молекули в точно определено време“, каза студентът по химия Джери Чанг, който разработи техниката на маркиране. „Сега можем да следим тяхното движение на повърхността на клетките в реално време и да видим как техните движения са свързани с активността на поглъщане на серотонин.“

Флуоресцентните маркери, които изследователите са използвали, са наноразмерни мъниста, наречени квантови точки, направени от смес от кадмий и селен. Зърната са само малко по-големи от протеините, които маркират: Ще трябва да нанижете 10 000 заедно, за да обхванете ширината на човешки косъм, обясняват изследователите.

Квантовите точки излъчват цветна светлина, когато са осветени и малки промени в техния размер ги карат да светят в различни цветове. Един от изследователите, д-р Иън Д. Томлинсън, разработи специална молекулярна верига, която се прикрепя към квантовата точка в единия край и се прикрепя към производно на лекарството от другия край, което се свързва със серотониновия транспортер.

Когато смес, която съдържа тези квантови точки, се инкубира с култивирани нервни клетки, лекарството се прикрепя към транспортера. Докато протеинът се движи, той влачи квантовата точка зад себе си като дете, което държи балон на връв, обясни той. Когато зоната е осветена, квантовите точки се показват в микроскоп като цветни светлинни точки.

Използвайки новата си процедура, изследователите разгледаха разширенията на нервната клетка, които участват в секрецията на серотонин. От предишни изследвания изследователите подозираха, че транспортьорите ще бъдат концентрирани в богати на холестерол части от тези разширения, наречени салове, въпреки че нивото на разделителна способност при стандартни подходи беше недостатъчно, за да даде улики какво правят там.

Проучванията с квантови точки показаха, че има два различни транспортера: тези, които могат да пътуват свободно около мембраната, и тези, които се държат така, сякаш не могат да се движат. Те установили, че неподвижните транспортьори са разположени в саловете.

Когато стимулираха клетката да увеличи транспортната активност, те бяха изненадани от случилото се. „Установихме, че транспортьорите в саловете са започнали да се движат много по-бързо, докато движението на другото население изобщо не се е променило“, докладва Розентал.

Тъй като мобилизираните транспортьори не напускат саловете, те изглеждат да свирят наоколо в затворено отделение, сякаш освободени от вериги, които обикновено ги държат подчинени. Тези наблюдения предполагат, че е вероятно двете популации да се контролират от различни регулаторни пътища.

„Сега, когато можем да наблюдаваме действително регулиране на транспортера, трябва да можем да разберем идентичността на закотвените протеини и сигналите, на които тези протеини реагират, което позволява на транспортерите да превключват напред-назад между ниските и високите нива на активност“, каза Блейкли.

"Понастоящем антидепресантите трябва напълно да затворят мозъчните транспортери на серотонин, за да постигнат клинична полза", добави той, отбелязвайки, че това може да доведе до редица неприятни странични ефекти, като гадене, наддаване на тегло, сексуални проблеми, умора и сънливост.

"Чрез разбирането на основните механизми, които естествено обръщат активността на серотониновия транспортер нагоре и надолу, може би можем да разработим лекарства, които дават по-леки странични ефекти и имат дори по-голяма ефикасност", каза той. „Нашите забележителности също са фокусирани върху прехвърлянето на наученото от нормалните транспортери на серотонин към разбирането на хиперактивните транспортери, които сме открили при деца с аутизъм.“

Източник: Университет Вандербилт