理科

哺乳類の脳の主な発見で研究者を驚かせる

要約: 神経伝達を可能にする必須酵素であるV-ATPaseは、数時間休憩してもランダムにオン/オフできます。

源泉: コペンハーゲン大学

哺乳類の脳をよりよく理解するための新しい突破口で、コペンハーゲン大学の研究者たちは驚くべき発見をしました。 言い換えれば、脳のシグナルを可能にする必須酵素は、数時間の「休息」をとりながらランダムにオンになってオフになっています。

これらの発見は、脳に対する私たちの理解と医薬品の開発に大きな影響を与える可能性があります。

今日、その発見はカバーにあります。 自然

何百万ものニューロンが思考と記憶を形成し、勝手に体を動かすことができるように、常に互いにメッセージを送受信します。 2つのニューロンがメッセージを交換するために会うと、神経伝達物質は、ユニークな酵素の助けを借りてあるニューロンから別のニューロンに送達される。

このプロセスは、神経通信とすべての複雑な生物の生存に非常に重要です。 これまで、世界中の研究者らは、これらの酵素が常に活性化され、必須シグナルを継続的に伝達することを考えてきました。 しかし、これは事実と距離が遠い。

革新的な方法を使用して、コペンハーゲン大学化学科の研究者は、酵素を綿密に研究し、その活動がランダムな間隔でオンとオフを発見しました。 これは以前の理解と矛盾しています。

「この哺乳類の脳酵素を一度に1分子ずつ研究したのは今回が初めてであり、私たちはその結果に畏敬の念を感じます。 一般的な考えとは異なり、他の多くのタンパク質とは異なり、これらの酵素は数分から数時間動作を停止する可能性があります。 それにもかかわらず、人間や他の哺乳類の脳は奇跡的に機能することができます。

これまで、そのような研究は、細菌から抽出された非常に安定な酵素で行われてきた。 新しい方法を使用して、研究者は初めてラットの脳から単離された哺乳動物酵素を調査しました。

今日、研究はに掲載されています 自然

酵素変換は神経通信に広範な影響を及ぼす可能性がある。

ニューロンは神経伝達物質を使用して通信します。 2つのニューロン間でメッセージを伝達するために、神経伝達物質は最初に小さな膜膀胱(シナプス小胞と呼ばれる)に送り込まれます。 膀胱は、神経伝達物質を保存し、メッセージを伝達するときにのみ2つのニューロンの間で放出する容器として機能します。

V-ATPaseとして知られているこの研究の中心酵素は、これらの容器の神経伝達物質ポンプにエネルギーを供給するのに役立ちます。 それがなければ、神経伝達物質は容器に送り込まれず、容器はニューロン間でメッセージを転送することができない。

しかし、研究は、各容器に1つの酵素しかないことを示しています。 この酵素がオフになると、神経伝達物質を容器にロードするためのエネルギーはもはやありません。 これは完全に新しい、予期しない発見です。

「容器に神経伝達物質をロードするための非常に重要なプロセスは、容器ごとに1つの分子にのみ委任されることはほとんど理解できません。 特に私たちが見つけた時間の40%では、これらの分子は消えます。」とDimitrios Stamou教授は言います。

標識図は、哺乳動物の脳の神経細胞からのシナプス小胞の液胞型アデノシン三リン酸分解酵素(V-ATPases、大きな青い構造)を示しています。 画像: C. Kutzner、H. GrubmüllerおよびR. Jahn/Max Planck総合科学研究所。 提供: C. Kutzner、H. GrubmüllerおよびR. Jahn/マックスプランクの総合科学研究所。

これらの発見は多くの興味深い質問を提起する。

「コンテナのエネルギー源をブロックすると、実際に多くの神経伝達物質が空になることを意味しますか? 空のコンテナの多くは、ニューロン間の通信に大きな影響を与えますか? それでは、ニューロンが迂回するように進化した「問題」なのか、それとも脳にとって重要な情報を暗号化する全く新しい方法でしょうか? 時間が経つとわかります。」と彼は言います。

V-ATPase用の薬物をスクリーニングする革新的な方法

V-ATPase酵素は癌、癌転移および他の多くの生命を脅かす病気で重要な役割を担うので重要な薬物ターゲットです。 従ってV-ATPaseは抗癌剤​​の開発のための収益性のあるターゲットです。

V-ATPaseの薬物をスクリーニングするための従来の分析は、数十億の酵素からのシグナルの同時平均化に基づいています。 酵素が時間内に連続的に作用するか、または複数の酵素が一緒に作用する限り、薬物の平均効果を知ることで十分である。

「しかし、今私たちはV-ATPaseについて必ずしも真実ではないことを知っています。 その結果、薬物の所望の効果を理解し最適化するために、個々のV-ATPaseの挙動を測定する方法を有することが突然重要になった。 、実験室で実験を主導したコペンハーゲン大学。

ここで開発された方法は、単一のV-ATPase分子のプロトンポンピングに対する薬物の効果を測定する最初の方法です。 金標準パッチクランプ方法よりも百万倍以上小さい電流を検出できます。

V-ATPase酵素についての事実:

また見てください

これは、腸と脳の図を示しています。
  • V-ATPasesは、ATP分子を分解して細胞膜を介してプロトンをポンピングする酵素である。
  • それらはすべての細胞に見られ、細胞の内部および/または外部のpH/酸性度を制御するために不可欠です。
  • 神経細胞におけるV-ATPasesによって設定されたプロトン勾配は、神経伝達物質と呼ばれる神経化学メッセンジャーをシナプス結合からのその後の放出のためにシナプス小胞にロードするためのエネルギーを提供します。

この神経科学研究ニュースについて

作家: 公報室
源泉: コペンハーゲン大学
連絡する: 公報室 – コペンハーゲン大学
ビデオ: 画像はパブリックドメインにあります

元の研究: 閉じたアクセス。
超低速モード遷移による哺乳類脳V‐ATPaseの調節Dimitrios Stamouら。 自然


抽象的な

超低速モード遷移による哺乳類脳V‐ATPaseの調節

Vacuolar-type adenosine triphosphatases (V-ATPases) は、F-type ATP シンターゼに構造的に関連するエレクトロジェニック ロータリー メカノエンザイムです。 彼らはATPを加水分解し、過剰な細胞プロセスのための電気化学プロトン勾配を確立します。

ニューロンからシナプス小胞へのすべての神経伝達物質の負荷は、シナプス小胞あたり約1つのV-ATPase分子によって活性化されます。 この善意の単一分子生物学的プロセスを明らかにするために、単一のシナプス小胞における単一の哺乳動物脳V-ATPasesによる電気プロトンポンピングを調べた。

ここでは、細菌同族体の回転を観察し、厳密なATP-プロトン結合を仮定することによって提案されているように、V-ATPasesが時間内に絶えずポンピングしないことを示しています。

代わりに、確率的に3つの超長期モード(プロトンポンピング、非アクティブ、プロトンリーク)を切り替えます。 特に、ポンピングを直接観察した結果、生理学的に関連するATP濃度が本質的なポンピング速度を制御しないことがわかった。

ATPはプロトンポンピングモードの遷移確率によってV-ATPase活性を調節する。 対照的に、電気化学プロトン勾配は、ポンピング速度とポンピングモードと非アクティブモードとの遷移を制御する。

モード遷移の直接的な結果は、シナプス小胞の電気化学的勾配における確率的変動の全部または全くない。あります。

このタスクは、超低速モード遷移の機械的および生物学的重要性を明らかにして強調する。

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Omori Yoshiaki

ミュージックホリック。フードエバンジェリスト。学生。認定エクスプローラー。受賞歴のあるウェブエキスパート。」

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