З’ясування того, як вода потрапляє в нейрони, забезпечує нові терапевтичні цілі для
Кінець готівки: ми "обналичуємо" все? - SMS-запитання #cdanslair 27.01.2018 (січень 2021).
Вчені виявили, що високоефективні транспортери, які працюють як човникова система, щоб постійно переміщувати іони в і з нейронів, здаються зворотними після інсульту чи іншої травми.
Це називається дифузійною деполяризацією, хвилею смерті, яка може спричинити інсульт або черепно-мозкову травму, нейрони та їх розширення, звані дендритами, стають набряклими, дисфункціональними та вразливими, сказав Сергій Кіров. лабораторія людського мозку в Медичному коледжі штату Джорджія при Університеті Джорджії Реджентс.
Хоча набряк явно був наслідком травми головного мозку, те, як вода потрапляла в нейрони, в основному було загадкою.
У дослідженні, опублікованому в The Journal of Neuroscience, Кіров та його колеги повідомляють, що жменька цих транспортерів іонів - як відомо, що забезпечують комбінацію натрію, калію та хлориду - виявляється недостатньою ланкою в тому, як надлишок води потрапляє всередину.
"Вони діють як молекулярні водяні насоси. Це новий спосіб мислення", - сказав Кіров. Він та доктор Нанна Маколей, доцент кафедри клітинної та молекулярної медицини Університету Копенгагена, є співавторами дослідження, про що йдеться у журналі. Ці транспортери також забезпечують нові терапевтичні мішені для лікування набряків зі смертельним результатом.
Нейронам потрібна певна кількість води для виконання основних метаболічних функцій, але, незважаючи на те, що говорять деякі медичні підручники, нейрони не є вільно проникними для води, сказав Кіров. "Вам потрібен молекулярний механізм, щоб вода потрапляла або виходила", - сказав він. Транспортери, які, як відомо, захоплюють воду та іони поза нейрону, здавались правдоподібним варіантом для Кірова.
У спокої нейрони містять багато калію і багато натрію зовні. Цей диференціальний розподіл іонів поляризує нейрон, створюючи всередині негативний електричний заряд. Нерівномірна кількість натрію та калію всередині та зовні активно підтримується роботою натрієво-калієвих насосів.
Диференціальний розподіл натрію та калію також важливий для нейронів для генерування електричних сигналів, які називаються потенціалами дії, та для спілкування з іншими нейронами або клітинами, щоб люди та тварини могли мислити, рухатися або функціонувати.
Коли генерується потенціал дії, нейрон проходить процес, званий деполяризацією, який змінює свій електричний заряд так, що він стає позитивним всередині. Натрієві канали відкриваються, і через них рухається невелика кількість натрію, і канали швидко закриваються. Все відбувається дуже швидко.
Під час подальшої реполяризації відбувається зворотне: калієві канали відкриваються, і невелика кількість калію виходить з нейрона, і ці канали закриваються. Ще раз натрієво-калієві насоси штовхають іони назад до їх правильного розташування. Це безперервний та ефективний процес у здоровому мозку.
Але черепно-мозкова травма, інсульт, мозкові крововиливи або навіть мігрень можуть призвести до невпинної патологічної дисемінованої деполяризації, при якій надходить велика кількість натрію та велика кількість нейронів на виході з калію. Натрієво-калієві насоси швидко перевантажуються, намагаючись змінити ситуацію, і нейрони та їх розширення, звані дендритами, швидко опиняються в біді.
Хоча набряк щиколотки може бути незручним, опухлий мозок може швидко стати фатальним у закритих межах черепа. "Нормальний баланс калію і натрію під час деполяризації розсіюється майже повністю, тому нормальна функція клітин вимикається і ризик смерті зростає", - сказав Кіров.
Команда Кірова використовувала потужну двофотонну лазерну скануючу мікроскопію для вивчення функції транспортерів на зрізах мозку миші та на мишах. Вони спостерігали за розповсюдженням деполяризації та набряком, що виник внаслідок цього, і задокументували, як набряк значно зменшився за допомогою препаратів, що блокували дію транспортерів.
Він зазначає, що ліки, які він вживав у лабораторії, не можна застосовувати у людей, але, як і носії, вони надають напрямок. "Нам потрібно розробити кращі засоби, які будуть безпечні для пацієнтів, які ми можемо давати протягом короткого часу та зменшувати набряки", - сказав Кіров щодо наступних кроків у дослідженні. Сьогодні, у важких випадках набряку мозку, нейрохірурги видаляють шматок черепа, щоб надати більше місця мозку та в ідеалі зменшать постійні пошкодження.
Кіров зазначає, що астроцити, інший тип клітин головного мозку, які підтримують нейрони, мають природні водні канали, які називаються аквапоринами, тому вода зазвичай може легше потрапляти і виходити, але нейрони не мають цих чітко визначених каналів. "Це була загадка", - сказав Кіров.