Pisikeste valkude sildistamine depressiooni juurte uurimiseks

Vanderbilti ülikooli teadlastel on õnnestunud märgistada valk, mis reguleerib neurotransmitterit serotoniini väikeste fluorestseeruvate helmestega, võimaldades neil esimest korda jälgida üksikute molekulide liikumist.

Võime, mille saavutamiseks kulus ligi kümme aastat, võimaldab teadlaste sõnul serotoniini regulatsiooni uurida uuel tasemel, mis on oluline serotoniini võtmerolli tõttu meeleolu, söögiisu ja une reguleerimisel.

Regulatiivne valk, mille teadlased edukalt märgistasid, on tuntud kui serotoniini transporter. See ulatub läbi membraani, mis moodustab närvi välispinna ja toimib nagu tolmuimeja, mis imeb serotoniini molekule raku kehasse ja eemale teiste rakkude serotoniini märklauaretseptoritest, reguleerides serotoniini kontsentratsiooni raku ümbruses.

Serotoniini transporterid on oluline uurimisobjekt, kuna need on depressiooni raviks kasutatavate kõige levinumate ravimite, sealhulgas Prozaci, Paxili ja Lexapro sihtmärk, märgivad teadlased.

"Kui teid huvitab vaimne tervis, siis on serotoniini transporterid ideaalne teema," ütles doktor Sandra Rosenthal, Jacki ja Pamela Egani keemia õppetool, kes juhatas uuringut koos doktor Randy Blakelyga. Allan D. Bass farmakoloogia ja psühhiaatria professor.

Teadlased märkisid, et serotoniini transporterite reguleerimisega seotud probleeme on seostatud ka autismiga. Kaks aastat tagasi teatasid Blakely ja geneetik James Sutcliffe serotoniini transportervalgu mitmekordsete muutuste avastamisest, mis põhjustavad transportija autismi põdevate inimeste üliaktiivsuse.

Hiljuti teatasid M.D. Blakely ja Jeremy Veenstra-VanderWeele, et ühte neist hästi toimivatest transporteritest ekspresseerivatel hiirtel ilmnevad mitmed käitumuslikud muutused, mis sarnanevad autismiga lastel täheldatud muutustega.

Teadlaste sõnul on nende käitumisharjumuste mõistmise katseid piiranud nende käitumise uurimise raskus.

"Varem oleme piirdunud hetktõmmistega, mis näitavad transporterimolekulide asukohta konkreetsel ajal," ütles märgistamise tehnika välja töötanud keemia eriala üliõpilane Jerry Chang. "Nüüd saame jälgida nende liikumist rakkude pinnal reaalajas ja näha, kuidas nende liikumine on seotud serotoniini omastamise aktiivsusega."

Fluorestseerivad sildid, mida teadlased kasutasid, on kaadmiumi ja seleeni segust valmistatud nanomõõdulised helmed, mida nimetatakse kvantpunktideks. Helmed on vaid pisut suuremad kui valk, mille nad märgistavad: inimese juuksekarva laiuseks peaksite 10 000 kokku nöörima, selgitavad teadlased.

Kvantpunktid kiirgavad valgustades värvilist valgust ja väikesed suuruse muutused põhjustavad nende helendamist erinevates värvides. Üks teadlastest, Ph.D. Ian D. Tomlinson töötas välja spetsiaalse molekulaarse stringi, mis kinnitub kvantpunkti ühest otsast ja kinnitub teisest otsast ravimderivaadile, mis seondub serotoniini transporteriga.

Kui neid kvantpunkte sisaldavat segu inkubeeritakse kultiveeritud närvirakkudega, kinnitub ravim transporterile. Kui valk ringi liigub, lohistab see kvantpunkti enda taga nagu laps, kes hoiab õhupalli nööril, selgitas ta. Kui ala on valgustatud, kuvatakse kvantpunkte mikroskoobis värviliste valguspunktidena.

Uut protseduuri kasutusele võttes uurisid teadlased närviraku pikendusi, mis on seotud serotoniini sekretsiooniga. Varasemate uuringute põhjal kahtlustasid teadlased, et transporterid on koondunud nende laienduste kolesteroolirikastesse osadesse, mida nimetatakse parvedeks, ehkki tavapäraste lähenemisviiside eraldusvõime ei olnud piisav, et anda mingeid vihjeid selle kohta, mida nad seal tegid.

Kvantpunktide uuringud näitasid, et eksisteeris kaks erinevat transportijat: need, mis saavad vabalt ringi liikuda membraani ümber, ja need, mis toimivad nii, nagu oleksid nad liikumisvõimetud. Nad leidsid, et liikumatud vedajad asusid parvedes.

Kui nad stimuleerisid rakku transporterite aktiivsuse suurendamiseks, olid nad juhtunu üle üllatunud. "Leidsime, et parvede transporterid hakkasid liikuma palju kiiremini, samas kui teiste elanike liikumine ei muutunud üldse," teatas Rosenthal.

Kuna mobiliseeritud transporterid parvedest ei lahku, näivad nad suletud sektsiooni sees vihisevat, nagu oleksid nad vabastatud ketidest, mis neid tavaliselt vaos hoiavad. Need tähelepanekud viitavad tõenäosusele, et kahte populatsiooni kontrollivad erinevad reguleerimisradad.

"Nüüd, kui saame jälgida transporteri reguleerimise tegelikku toimumist, peaksime suutma välja selgitada ankurdavate valkude identiteedi ja signaalid, millele need valgud reageerivad, võimaldades transportijatel edasi-tagasi lülituda madala ja kõrge aktiivsustaseme vahel," ütles Blakely.

"Praegu peavad antidepressandid ravimid kliinilise kasu saamiseks täielikult aju serotoniini transporterid sulgema," lisas ta ja märkis, et see võib põhjustada mitmeid ebameeldivaid kõrvaltoimeid, nagu iiveldus, kehakaalu tõus, seksuaalprobleemid, väsimus ja unisus.

"Mõistes põhilisi mehhanisme, mis loomulikult serotoniini transporteri aktiivsust üles ja alla muudavad, võib-olla saame välja töötada ravimeid, mis põhjustavad kergemaid kõrvaltoimeid ja millel on veelgi suurem efektiivsus," ütles ta. "Meie vaatamisväärsused on keskendunud ka tavaliste serotoniinitransporteritega õpitu edasiandmisele hüperaktiivsete transporterite mõistmisele, mille oleme leidnud autismiga lastelt."

Allikas: Vanderbilti ülikool