Институт нейронаук (IN), совместный центр Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Университета Мигеля Эрнандеса (UMH) в Эльче, совместно с Университетом Кейо в Токио проводит исследование, демонстрирующее решающую роль одного из рецепторов нейромедиатора глутамата в функционировании синапсов мозжечка.

В работе, опубликованной в журнале Cell Reports, описывается молекулярный механизм , посредством которого каинатные рецепторы действуют как синаптические рецепторы и как «каркасы», поддерживающие структуру связей между нейронами.

Эти результаты позволяют разрабатывать новые синаптические соединения с использованием определенных комбинаций субъединиц каинатных рецепторов и открывают многообещающие возможности для будущих терапевтических применений.

Синапсы — это точки соединения, в которых нейроны устанавливают контакт друг с другом для передачи информации. Для осуществления этой коммуникации пресинаптический нейрон выделяет нейромедиатор, который затем принимается постсинаптическим нейроном.

Лаборатория синаптической физиологии под руководством исследователя CSIC Хуана Лермы в IN провела обширные исследования рецепторов глутамата, которые являются нейротрансмиттерами, участвующими в различных процессах центральной нервной системы, в частности каинатных рецепторов, одного из трех семейств рецепторов глутамата, которые обеспечивают связь между нейронами.

«На протяжении многих лет мы пытались выяснить, какова функция каинатных рецепторов в синаптической физиологии и патологиях мозга», — говорит исследователь.

Его лаборатория внесла значительный вклад в понимание роли этих белков в синаптической коммуникации, нарушение которой приводит к многочисленным неврологическим и нейропсихиатрическим расстройствам.

Эта группа исследователей из IN ранее обнаружила роль, которую может играть белок GluK4, одна из пяти субъединиц, составляющих каинатные рецепторы, когда он сверхэкспрессируется при таких патологиях, как аутизм, депрессия и тревожность. Они также продемонстрировали, что белок GluK1 утроен у пациентов с синдромом Дауна и что эти декомпенсированные уровни ответственны за дефицит пространственной памяти, наблюдаемый у этих пациентов.

Кроме того, лаборатория под руководством Мичисукэ Юдзаки на кафедре нейрофизиологии медицинского факультета Университета Кэйо в Токио на протяжении многих лет изучала функционирование синапсов в мозжечке и обнаружила, что в этой области происходит взаимодействие между белками C1ql1 и Gai3, обеспечивающее образование синапсов.

Однако результаты этого нового исследования меняют эту концепцию, демонстрируя, что без взаимодействия обоих белков с каинатными рецепторами синапсы не образуются: «Объединив наш опыт и знания в этом новом сотрудничестве, мы смогли полностью переосмыслить формирование синапсов в мозжечке», — говорит Юдзаки.

Эксперты подтвердили, что присутствие GluK4, который экспрессируется нейронами Пуркинье мозжечка, необходимо для взаимодействия, которое поддерживает синаптическую передачу между лазящими волокнами и этими нейронами. Чтобы подтвердить это, исследователи использовали мышиные модели, в которых они генетически манипулировали экспрессией этих белков.

Эксперименты проводились как в лаборатории Лермы в Аликанте, так и в лаборатории Юдзаки в Токио и показали, что в мозжечке синаптическая пластичность , необходимая для двигательного обучения, серьезно нарушается при подавлении любого из этих каинатных рецепторов, оба из которых необходимы для образования синапсов.

Последствия нарушения синаптической пластичности
Ана Валеро Патернайн, соавтор исследования, объясняет: «Синаптическая пластичность — это способность мозга формировать связи и модулировать их в зависимости от своих потребностей. Когда пластичность дает сбой, возникают серьезные двигательные дефекты».

«В лабораторных условиях мы подтвердили, что при уменьшении количества синапсов мыши не способны обучаться двигательному поведению», — говорит Ватару Какегава, другой соавтор статьи.

Синтетические синаптические соединители, смоделированные на основе аналогичных белков, показали перспективность восстановления поврежденных синапсов в мышиных моделях болезни Альцгеймера и травм спинного мозга. Таким образом, результаты открывают многообещающие возможности для будущих терапевтических применений.