Označování drobných proteinů ke zkoumání kořenů deprese
Schopnost, jejíž dosažení trvalo téměř deset let, umožňuje studovat regulaci serotoninu na nové úrovni, což je podle výzkumníků důležité kvůli klíčové roli, kterou serotonin hraje při regulaci nálady, chuti k jídlu a spánku.
Regulační protein, který vědci úspěšně označili, je známý jako transportér serotoninu. Prochází membránou, která tvoří vnější povrch nervu, a chová se jako vysavač, který nasává molekuly serotoninu do těla buňky a pryč od cílových receptorů serotoninu v jiných buňkách a reguluje koncentraci serotoninu v oblasti kolem buňky.
Transportéry serotoninu jsou důležitým předmětem výzkumu, protože jsou cílem nejběžnějších léků používaných k léčbě deprese, včetně Prozac, Paxil a Lexapro, poznamenávají vědci.
"Pokud se zajímáte o duševní zdraví, pak jsou transportéry serotoninu ideálním předmětem," uvedla Sandra Rosenthal, Ph.D., předsedkyně chemie Jack and Pamela Egan, vedoucí studie s Randy Blakely, Ph.D., Allan D. Bass profesor farmakologie a psychiatrie.
Vědci poznamenali, že problémy s regulací transportéru serotoninu byly také zapleteny do autismu. Před dvěma lety Blakely a genetik James Sutcliffe informovali o objevu několika změn v serotoninovém transportním proteinu, které způsobují u lidí s autismem „hyperaktivitu“ transportéru.
Nedávno Blakely a Jeremy Veenstra-VanderWeele, MD, uvedli, že myši exprimující jeden z těchto vysoce fungujících transportérů vykazují více změn chování, které se podobají změnám pozorovaným u dětí s autismem.
Pokusy pochopit, jak tyto transportéry fungují, byly podle vědců omezeny obtížností studia jejich chování.
"V minulosti jsme byli omezeni na momentky, které ukazují umístění transportních molekul v určitou dobu," uvedl postgraduální student chemie Jerry Chang, který vyvinul techniku značení. "Nyní můžeme sledovat jejich pohyb na povrchu buněk v reálném čase a vidět, jak jejich pohyby souvisejí s aktivitou vychytávání serotoninu."
Fluorescenční značky, které výzkumníci použili, jsou kuličky nanoměřítka zvané kvantové tečky vyrobené ze směsi kadmia a selenu. Korálky jsou jen o něco větší než proteiny, které označují: Budete muset navléknout 10 000 dohromady, abyste překlenuli šířku lidského vlasu, vysvětlují vědci.
Kvantové tečky při osvětlení vyzařují barevné světlo a malé změny v jejich velikosti způsobují, že září v různých barvách. Jeden z vědců, Ian D. Tomlinson, Ph.D., vyvinul speciální molekulární řetězec, který se na jednom konci váže na kvantovou tečku a na druhém konci se váže na derivát léčiva, který se váže na transportér serotoninu.
Když se směs, která obsahuje tyto kvantové tečky, inkubuje s kultivovanými nervovými buňkami, lék se naváže na transportér. Jak se protein pohybuje, táhne za sebou kvantovou tečku jako dítě, které drží balónek na provázku, vysvětlil. Když je oblast osvětlena, kvantové tečky se v mikroskopu zobrazují jako barevné body světla.
Při použití svého nového postupu vědci zkoumali rozšíření nervových buněk, které se podílejí na vylučování serotoninu. Z předchozího výzkumu vědci předpokládali, že transportéry budou koncentrovány v částech těchto rozšíření bohatých na cholesterol, nazývaných rafty, ačkoli úroveň rozlišení se standardními přístupy byla nedostatečná, aby poskytla jakékoli vodítko o tom, co tam dělají.
Studie kvantových teček prokázaly, že existují dva odlišné transportéry: ti, kteří mohou volně cestovat po membráně, a ti, kteří se chovají, jako by se nemohli pohybovat. Zjistili, že nehybní transportéry se nacházejí v raftech.
Když stimulovali buňku ke zvýšení aktivity transportéru, byli překvapeni, co se stalo. "Zjistili jsme, že transportéry v raftech se začaly pohybovat mnohem rychleji, zatímco pohyb jiné populace se vůbec nezměnil," uvedl Rosenthal.
Vzhledem k tomu, že mobilizovaní transportéři neopouštějí vory, zdá se, že svíjejí se uvnitř uzavřeného oddílu, jako by se uvolňovali z řetězů, které je obvykle udržují utlumené. Tato pozorování naznačují, že je pravděpodobné, že obě populace jsou řízeny různými regulačními cestami.
"Nyní, když můžeme sledovat, jak se regulace transportérů skutečně děje, měli bychom být schopni zjistit identitu kotvících proteinů a signály, na které tyto proteiny reagují, které umožňují transportérům přepínat tam a zpět mezi nízkou a vysokou úrovní aktivity," řekl Blakely.
"V současné době musí antidepresiva úplně vypnout transportéry serotoninu v mozku, aby dosáhly klinického přínosu," dodal s tím, že to může vyvolat řadu nepříjemných vedlejších účinků, jako je nevolnost, přibývání na váze, sexuální problémy, únava a ospalost.
"Pochopením základních mechanismů, které přirozeně mění aktivitu transportéru serotoninu nahoru a dolů, možná můžeme vyvinout léky, které mají mírnější vedlejší účinky a mají ještě vyšší účinnost," řekl. "Naše památky jsou také zaměřeny na přenos toho, co jsme se naučili u normálních transportérů serotoninu, k pochopení hyperaktivních transportérů, které jsme našli u dětí s autismem."
Zdroj: Vanderbilt University
