Синапсы — это точки контакта в мозге, через которые нервные клетки «разговаривают» друг с другом. Нарушения в этой коммуникации приводят к заболеваниям нервной системы, так как измененные синаптические белки, например, могут нарушить этот сложный молекулярный механизм, сообщает «eurekalert.org».
Интерес двух нейробиологов профессора Тобиаса Лангенхана и профессора Манфреда Хекманна из Лейпцига и Вюрцбурга соответственно был вызван, когда они прочитали в научной публикации о мутации, которая повреждает синаптический белок. Сначала пострадавшие пациенты привлекли внимание ученых, потому что мутация заставила их ослепнуть. Однако врачи тогда заметили, что пациенты также имели интеллект выше среднего. «Очень редко мутация приводит к улучшению, а не к потере функции», — говорит Лангенхан, профессор и заведующий кафедрой в Институте биохимии Рудольфа Шёнхаймера на медицинском факультете.
«75 процентов генов, вызывающих заболевания у людей, также существуют у плодовых мушек».
Уже много лет эти два нейробиолога используют плодовых мушек для анализа синаптических функций. «Наш исследовательский проект был разработан, чтобы вставить мутацию пациентов в соответствующий ген у мухи и использовать такие методы, как электрофизиология, чтобы проверить, что затем происходит с синапсами. Мы предположили, что мутация делает пациентов такими умными, потому что она улучшает связь между нейронами, которые включают поврежденный белок», — объясняет Лангенхан. «Конечно, вы не можете проводить эти измерения на синапсах в мозге пациентов-людей. Для этого вы должны использовать животные модели».
Во-первых, ученые вместе с исследователями из Оксфорда показали, что белок мухи под названием RIM выглядит молекулярно идентичным человеческому. Это было необходимо для того, чтобы иметь возможность изучать изменения в человеческом мозге у мухи. На следующем этапе нейробиологи вставили мутации в геном мухи, которые выглядели точно так же, как и у больных людей. Затем они провели электрофизиологические измерения синаптической активности. «Мы на самом деле наблюдали, что животные с мутацией показали гораздо более высокую передачу информации в синапсах. Это удивительное влияние на синапсы мух, вероятно, обнаруживается таким же или аналогичным образом у пациентов-людей и может объяснить их повышенную когнитивную активность, а также их слепоту», — заключает профессор Лангенхан.
Ученые также выяснили, как происходит повышенная передача в синапсах: молекулярные компоненты в передающей нервной клетке, которые запускают синаптические импульсы, сближаются в результате мутационного эффекта и приводят к повышенному высвобождению нейротрансмиттеров. Новый метод, микроскопия со сверхвысоким разрешением, был одним из методов, используемых в исследовании. «Это дает нам инструмент для просмотра и даже подсчета отдельных молекул и подтверждает, что молекулы в огневой клетке находятся ближе друг к другу, чем обычно», — говорит профессор Лангенхан, которому также помогала в исследовании исследовательская группа профессора Хартмута Шмидта из Института Карла Людвига в Лейпциге.
«Проект прекрасно демонстрирует, как необычное модельное животное, такое как плодовая муха (дрозофи́лы), может быть использована для получения очень глубокого понимания заболеваний человеческого мозга, даже таких как развитие злокачественных опухолей и ожирения».