Исследование нейробиологии показывает, что может быть выключатель для судорог мозга

Мозг - это точный инструмент. Его функция зависит от точно откалиброванной электрической активности, запускающей выброс химических сообщений между нейронами.

Но иногда тщательный баланс мозга выходит из-под контроля, как при эпилепсии. Электроэнцефалография, или ЭЭГ, визуализирует электрическую активность мозга и может показать, как эпилептический припадок отличается от предсказуемой волновой картины типичной мозговой деятельности.

Но медицине по-прежнему не хватает решения эпилепсии. Существует ограниченная возможность прогнозировать припадок, и нет никакого способа вмешаться, даже когда вы можете предсказать. Хотя лекарства доступны людям, страдающим эпилепсией, они чреваты побочными эффектами и не действуют для всех.

Работа над проблемой в моей нейробиологической лаборатории, когда я перестаю думать, как страшно жить с таким неуправляемым мозгом, это действительно мотивирует меня. Может ли быть способ вернуть контроль над этими нейронами, изгоями? Я сосредоточился на том, как конкретное отделение в каждой клетке мозга может помочь нам сделать это.

Переключатель коррекции активности мозга

С тех пор как я был студентом, я был очарован частью нейрона, называемой начальным сегментом аксона. Каждый нейрон содержит этот маленький отсек. Именно здесь нейрон «решает» подать электрический сигнал, посылая химическое сообщение в следующую ячейку.

Здесь есть специальные связи, которые могут оказывать мощное управление; они могут отменить собственное «решение» клетки об увольнении. Этот механизм контроля существует для организации или паттерна мозговой активности - требование для большей части нашего поведения.

Например, чтобы заснуть, активность вашего мозга должна постепенно снижаться. Напротив, резкое сосредоточение на проблеме требует, чтобы модель взяла верх, вызывая быстрые колебания. Неспособность производить и регулировать эти паттерны мозговой активности была связана с многочисленными заболеваниями мозга.

Когда начальные сегменты аксонов многочисленных нейронов все получают сигнал глушения одновременно, это приводит к провалу в волновой структуре ЭЭГ. Это означает, что он успокаивает деятельность мозга, что в нормальных условиях было бы полезно при переходе между расслабленным состоянием бодрствования и сна.

Если бы исследователи могли использовать силу этих тормозных связей, мы могли бы потенциально сбросить паттерн активности мозга, когда захотим. Это может быть способ вернуть назад контроль над эпилептическим мозгом.

Молекулы, которые опосредуют сообщение

Чтобы начать понимать, как регулировать эту силу начального сегмента аксона, мне и моим коллегам сначала нужно было понять молекулярные партнерства в этих связях. Для того, чтобы ингибирование было эффективным на начальном сегменте аксона, должно быть подходящее оборудование, доступное для приема сигнала. В случае торможения в мозге этим оборудованием является ГАМК-рецептор.

Совместно с сотрудниками Гансом Мариком и Германом Шинделином мы определили тесное и исключительное партнерство между двумя белками - субъединицей α2-рецептора GABA A и коллибистином. Выяснение тесной связи между этими двумя молекулами дает ответы на некоторые открытые вопросы о том, как белки в ингибирующих контактных сайтах могут взаимодействовать. Мы знали, что α2-субъединица рецептора ГАМК А находится в начальном сегменте аксона, но исследователи не поняли, как он туда попадает или там хранится. Коллибистин может быть ключевым.

Итак, теперь мы подумали, что эти два белка могут работать вместе на начальном сегменте аксона. Чтобы продвинуться дальше, мой постдокторский наставник и я, Стивен Мосс, хотели понять, какое это может иметь значение для связей на начальном сегменте аксона и, в конечном счете, как работает мозг. Чтобы попытаться выяснить это, мы создали генетическую мутацию, которая привела к невозможности соединения двух белков.

Нейроны мышей с этой мутацией фактически теряли ингибирующие связи с начальным сегментом аксона. Ингибирующие связи с другими частями клеток головного мозга оставались нетронутыми, снова подтверждая идею, что это белковое партнерство является исключительным и особенно важным в начальном сегменте аксона.

Мыши с этой мутацией испытывают судороги во время развития. Когда они становятся взрослыми, у этих мышей больше не проявляются поведенческие признаки судорог. При некоторых формах детской эпилепсии дети также могут «перерасти» свои судороги. Таким образом, эта мутация чрезвычайно ценна для обеспечения возможной модели эпилепсии у детей. Мы надеемся, что это поможет нам лучше понять, что происходит в мозге во время эпилепсии, а также разработать и протестировать более эффективные методы лечения, такие как селективное соединение, разработанное AstraZeneca, ученые которого также внесли свой вклад в этот проект.

Количественный, но ранний шаг

Нейробиологи давно размышляют о партнерстве между рецептором ГАМК А и коллибистином. Теперь наши результаты, недавно опубликованные в Связи природы определить его количественно.

Хотя мы знаем, что рецепторы ГАМК А - которые отвечают на нейромедиатор ГАМК - контролируют ингибирующую передачу сигналов, мы все еще выясняем, как все это работает. Сигнализация GABA разнообразна, с различными типами соединений, которые осуществляют четкий контроль над срабатыванием соты - что-то еще, что мы должны работать, чтобы понять. Нарушение функции передачи сигналов GABA, помимо эпилепсии, также связано с рядом других заболеваний головного мозга.

Конечной целью этого исследования является разработка методов лечения, которые могли бы контролировать ингибирующие соединения в начальном сегменте аксона. Мы хотели бы быть ответственными за этот переключатель, способный отключить неконтролируемое возбуждение нейронов, наблюдаемое во время эпилептического припадка.

Я воображаю жизнь с эпилепсией, и я также воображаю жизнь без нее.

Эта статья была первоначально опубликована на разговор Рошель Хайнс. Прочитайте оригинальную статью здесь.