Neurovedné štúdium odhaľuje, že môže byť prepínač pre záchvaty mozgu

Mozog je precízny nástroj. Jeho funkcia závisí od jemne kalibrovanej elektrickej aktivity, ktorá spúšťa uvoľňovanie chemických správ medzi neurónmi.

Ale niekedy je opatrná rovnováha mozgu vyradená z kontroly, ako pri epilepsii. Elektroencefalografia, alebo EEG, vizualizuje elektrickú aktivitu mozgu a môže odhaliť, ako sa epileptický záchvat odchyľuje od predvídateľného vlnového priebehu typickej mozgovej aktivity.

Ale liek stále nemá riešenie na epilepsiu. Existuje len obmedzená možnosť predpovedať záchvat a žiadny spôsob, ako zasiahnuť, aj keď môžete predpovedať. Hoci liečivá sú dostupné ľuďom, ktorí sa zaoberajú epilepsiou, sú plné vedľajších účinkov a nepracujú pre každého.

Práca na probléme v mojom neurovednom laboratóriu, keď si prestanem predstaviť, aké by to mohlo byť desivé, keby sme takto žili s mozgom mimo kontroly, skutočne ma to motivuje. Mohol by tam byť spôsob, ako chytiť späť kontrolu nad týmito neurónmi? Zameriavam sa na to, ako nám môže pomôcť konkrétne oddelenie v každej mozgovej bunke.

Prepínač prepnutia pre činnosť mozgu

Odkedy som bol študentom, som fascinovaný časťou neurónu, ktorý sa nazýva počiatočný segment axónov. Každý neurón obsahuje toto malé oddelenie. Je to miesto, kde sa neurón „rozhoduje“, že vypáli elektrický signál a pošle chemickú správu na ďalšiu bunku.

Existujú špecializované spojenia, ktoré môžu vykonávať mocnú kontrolu; môžu prepísať vlastné „rozhodnutie“ o prepustení. Tento kontrolný mechanizmus existuje na organizáciu alebo vzorovú činnosť mozgu - požiadavka na väčšinu nášho správania.

Napríklad, ak chcete zaspať, vaša činnosť mozgu musí klesnúť do pomalej oscilácie. Oproti tomu ostrá koncentrácia na problém vyžaduje, aby sa vzor zdvihol, čo vytvára rýchlu osciláciu. Neschopnosť produkovať a regulovať tieto vzorce mozgovej aktivity súvisí s mnohými poruchami mozgu.

Keď počiatočné segmenty axónov mnohých neurónov prijímajú signál tlmenia v rovnakom čase, vyúsťuje do medzery vo vlnovom obrazci EEG. Znamená to, že to obmedzuje mozgovú aktivitu, čo by bolo za normálnych podmienok užitočné pri pohybe medzi uvoľnenými bdelými stavmi a stavmi spánku.

Ak by vedci mohli využiť silu týchto inhibičných spojení, mohli by sme kedykoľvek obnoviť vzor činnosti mozgu. Mohlo by to byť spôsob, ako zastaviť kontrolu v epileptickom mozgu.

Molekuly, ktoré sprostredkovávajú posolstvo

Ak chcete začať chápať, ako regulovať túto silu počiatočného segmentu axónov, moji kolegovia a ja sme najprv potrebovali porozumieť molekulárnym partnerstvám na týchto spojeniach. Aby bola inhibícia účinná v počiatočnom segmente axónov, musí byť k dispozícii správne zariadenie na prijímanie signálu. V prípade inhibície v mozgu je toto zariadenie receptorom GABAA.

So spolupracovníkmi Hansom Maricom a Hermannom Schindelinom sme identifikovali úzke a exkluzívne partnerstvo medzi dvoma proteínmi - podjednotkou α2 receptora α2 a kollybistínom. Zistiť, že blízky vzťah medzi týmito dvoma molekulami odpovedá na niektoré otvorené otázky o tom, ako by mohli interagovať proteíny na inhibičných kontaktných miestach. Vedeli sme, že podjednotka receptora α2 GABA A sa nachádza v počiatočnom segmente axónov, ale výskumníci nepochopili, ako sa tam dostane alebo kde sa uchováva. Kľúč môže byť kollybistín.

Takže teraz sme si mysleli, že tieto dva proteíny by mohli spolupracovať v počiatočnom segmente axónov. Aby sme to ďalej zobrali, môj postdoktorský mentor Stephen Moss a ja sme chceli pochopiť, aké dôsledky to môže mať pre spojenia v počiatočnom segmente axónov a nakoniec ako funguje mozog. Aby sme to zistili, vytvorili sme genetickú mutáciu, ktorá viedla k tomu, že dva proteíny sa nemohli pripojiť.

Neuróny myší s touto mutáciou v skutočnosti stratili inhibičné spojenia na počiatočný segment axónu. Inhibičné spojenia na iné časti mozgových buniek zostali nedotknuté, čo opäť podporuje myšlienku, že toto partnerstvo s proteínmi je exkluzívne a špecificky dôležité v počiatočnom segmente axónov.

Myši s touto mutáciou zažívajú záchvaty počas vývoja. Keď vyrastú na dospelých, tieto myši už nevykazujú behaviorálne príznaky záchvatov. V niektorých formách detskej epilepsie môžu deti tiež „prerásť“ svoje záchvaty. Táto mutácia je teda mimoriadne cenná pri poskytovaní možného modelu pre humánnu epilepsiu u detí. Dúfame, že nám to pomôže lepšie pochopiť, čo sa deje v mozgu počas epilepsie, a tiež navrhnúť a otestovať lepšie terapie, ako napríklad selektívna zlúčenina vyvinutá spoločnosťou AstraZeneca, ktorej vedci tiež prispeli k tomuto projektu.

Kvantitatívny, ale skorý krok

Neurológovia dlho špekulovali o partnerstve medzi receptorom GABA A a kollybistínom. Teraz naše výsledky, nedávno zverejnené v Komunikácia s prírodou definovať kvantitatívne.

Aj keď poznáme receptory GABA A - ktoré reagujú na neurotransmiter GABA - kontrolnú inhibičnú signalizáciu, stále zisťujeme, ako to všetko funguje. Signalizácia GABA je rôznorodá, s rôznymi typmi pripojenia, ktoré vyvíjajú zreteľnú kontrolu nad vypaľovaním buniek - niečo iné, čo potrebujeme na pochopenie. A dysfunkcia pri signalizácii GABA sa okrem epilepsie podieľa aj na mnohých iných poruchách mozgu.

Konečným cieľom tohto výskumu je navrhnúť liečby, ktoré by mohli byť schopné kontrolovať inhibičné spojenia v počiatočnom segmente axónov. Chceli by sme mať na starosti tento prepínač, ktorý je schopný vypnúť vypínanie nervového systému mimo kontroly pozorované počas epileptického záchvatu.

Predstavujem si život s epilepsiou a predstavujem si aj život bez neho.

Tento článok bol pôvodne uverejnený na Konverzácii Rochelle Hines. Prečítajte si pôvodný článok.