Новое исследование Университета Северной Каролины в Медицинской школе Чапел-Хилл описывает ключевой молекулярный механизм в нервных волокнах, который обеспечивает быструю проводимость импульсов нервной системы. Результаты появятся в сети Янв. 27 ноября 2011 г. в журнале Neuron.
Наши жестко запрограммированные нервные волокна или аксоны полагаются на изолирующую мембранную оболочку, миелин, состоящую из жирного белого вещества, для ускорения скорости передачи электрических импульсов от мозга к другим частям тела.
Таким образом, миелин предотвращает утечку электрического тока или преждевременный выход из аксона. Однако миелин, окружающий аксон, не сплошной; вдоль аксона есть регулярно расположенные немиелинизированные промежутки шириной около 1 микрометра. В этих немиелинизированных областях, названных узлами Ранвье, электрические импульсы перескакивают от одного узла к другому вдоль аксона со скоростью 160 метров в секунду (360 миль в час).
Определение того, как именно функционируют узлы Ранвье и как они собраны, вызывало интерес нейробиологов более века," сказал нейробиолог UNC Манзур Бхат, доктор философии, профессор клеточной и молекулярной физиологии Исследовательского центра нейробиологии UNC. "Ответы также могут дать важные ключи к разработке целевых методов лечения рассеянного склероза и других заболеваний, включая демиелинизацию и / или дезорганизацию узлов Ранвье."
Бхат и его коллеги сосредоточились на белке под названием нейрофаскин 186, который накапливается в мембранах аксонов в узлах Ранвье. Вместе с белками анкирин-G и натриевыми каналами эти молекулы образуют комплекс, который облегчает прохождение ионов натрия через каналы в аксонах, что делает их важнейшими для распространения нервных импульсов по миелинизированным нервным волокнам.
Команда Бхата ранее идентифицировала гомолог нейрофасцина в лабораторных исследованиях нервных волокон дрозофилы, и, поскольку его функция in vivo не была четко определена в системе млекопитающих, они решили изучить функцию этого белка у лабораторных мышей.
Используя методы целенаправленной делеции генов, ученые UNC генетически сконструировали мышей, у которых в нейронах отсутствовал нейрофасцин 186. "Это вызвало отказ натриевых каналов и накопление анкирина-G в узлах Ранвье. Результатом стал паралич, так как проводимость нервных импульсов отсутствовала," Бхат сказал.
По словам Бхата, нейрофасцин – это молекула адгезии, которая служит узловым организатором. "Его задача – кластеризовать узлы Ранвье. При этом он объединяет натриевые каналы и анкирин-G, где они взаимодействуют с образованием узлового комплекса. И если у вас нет этого белка, узел поврежден и импульс не распространяется по аксону."
В ходе дальнейшего анализа исследователи определили еще одну важную функцию узлов Ранвье в миелинизированных нервных клетках: действовать как барьеры для предотвращения вторжения в узловую щель соседними паранодальными молекулярными комплексами. "Таким образом, это говорит нам о том, что натриевые каналы, нейрофаскин 186 и анкирин-G должны всегда оставаться в узле, чтобы иметь функциональную организацию. Если они этого не сделают, фланговые паранозы будут двигаться внутрь, занимать узловую щель и блокировать нервную проводимость," Бхат сказал.
Нейробиологи UNC видят клинические последствия для болезней человека. "Например, при рассеянном склерозе белки, составляющие узловой комплекс, начинают диффундировать из своего нормального местоположения, как только вы начинаете терять миелиновую оболочку. Если мы сможем восстановить узловой комплекс в нервных волокнах, мы сможем восстановить некоторую нервную проводимость и функцию пораженных аксонов." Их будущие исследования направлены на понимание того, можно ли реорганизовать узловой комплекс и восстановить нервную проводимость у генетически модифицированных мутантных мышей.
"Открытие существенного белка разрыва является захватывающим, поскольку открывает возможность того, что настройка этого белка может восстановить нормальную функцию разрыва у людей с рассеянным склерозом и другими заболеваниями, при которых миелиновые оболочки и разрывы со временем ухудшаются," сказала Лори Томпкинс, доктор философии, которая курирует гранты Мансура Бхата и других нейрогенетиков в Национальных институтах здравоохранения.