Etichetarea proteinelor mici pentru a testa rădăcinile depresiei
Capacitatea, care a durat aproape un deceniu pentru realizare, face posibilă studierea reglării serotoninei la un nivel nou, ceea ce este important datorită rolului cheie pe care serotonina îl joacă în reglarea dispoziției, apetitului și somnului, potrivit cercetătorilor.
Proteina de reglare pe care oamenii de știință au etichetat-o cu succes este cunoscută sub numele de transportator de serotonină. Se extinde prin membrana care formează suprafața exterioară a nervului și acționează ca un aspirator care aspiră moleculele de serotonină în corpul celulei și departe de receptorii țintă ai serotoninei de pe alte celule, reglând concentrația de serotonină din zona din jurul celulei.
Transportatorii de serotonină sunt un subiect important de cercetare, deoarece sunt ținta celor mai frecvente medicamente utilizate pentru tratarea depresiei, inclusiv Prozac, Paxil și Lexapro, notează cercetătorii.
"Dacă sunteți interesat de sănătatea mintală, atunci transportatorii de serotonină sunt un subiect ideal", a spus Sandra Rosenthal, dr., Jack și Pamela Egan, catedra de chimie, care a condus studiul împreună cu Randy Blakely, dr. Allan D. Bass profesor de farmacologie și psihiatrie.
Cercetătorii au menționat că problemele legate de reglarea transportatorului de serotonină au fost implicate și în autism. În urmă cu doi ani, Blakely și geneticianul James Sutcliffe au raportat descoperirea mai multor modificări ale proteinei transportoare de serotonină care determină transportorul să devină „hiperactiv” la persoanele cu autism.
Recent, Blakely și Jeremy Veenstra-VanderWeele, M.D., au raportat că șoarecii care exprimă unul dintre acești transportori cu funcționare înaltă prezintă schimbări comportamentale multiple care seamănă cu schimbările observate la copiii cu autism.
Încercările de a înțelege modul în care funcționează acești transportatori au fost limitate de dificultatea de a studia comportamentul lor, potrivit oamenilor de știință.
„În trecut, am fost limitați la instantanee care arată locația moleculelor transportoare la un anumit moment”, a spus Jerry Chang, absolvent al chimiei, care a dezvoltat tehnica de marcare. Acum putem urmări mișcarea lor pe suprafața celulelor în timp real și a vedea cum se raportează mișcările lor la activitatea de absorbție a serotoninei.
Etichetele fluorescente utilizate de cercetători sunt margele la scară nanomatică numite puncte cuantice realizate dintr-un amestec de cadmiu și seleniu. Margelele sunt doar puțin mai mari decât proteinele pe care le etichetează: ar trebui să înșirați 10.000 pentru a acoperi lățimea unui fir de păr uman, explică cercetătorii.
Punctele cuantice emit lumină colorată atunci când sunt iluminate și mici modificări ale dimensiunii lor îi fac să strălucească în diferite culori. Unul dintre cercetători, Ian D. Tomlinson, Ph.D., a dezvoltat un șir molecular special care se atașează la punctul cuantic la un capăt și se atașează la un derivat de medicament de la celălalt capăt care se leagă cu transportorul de serotonină.
Când un amestec care conține aceste puncte cuantice este incubat cu celule nervoase cultivate, medicamentul se atașează la transportator. Pe măsură ce proteina se mișcă, trage punctul cuantic în spatele ei ca un copil care ține un balon pe un șir, a explicat el. Când zona este iluminată, punctele cuantice apar la microscop ca puncte de lumină colorate.
Utilizând noua lor procedură, cercetătorii au analizat extensiile celulei nervoase care sunt implicate în secretarea serotoninei. Din cercetările anterioare, cercetătorii au suspectat că transportatorii vor fi concentrați în părți bogate în colesterol ale acestor extensii, denumite plute, deși nivelul de rezoluție cu abordări standard a fost inadecvat pentru a oferi indicii cu privire la ceea ce făceau acolo.
Studiile cu puncte cuantice au demonstrat că există două transportoare distincte: cele care pot călători liber în jurul membranei și cele care acționează ca și cum ar fi incapabile să se miște. Au descoperit că transportatorii imobile se aflau în plute.
Când au stimulat celula să crească activitatea transportatorului, au fost surprinși de ceea ce s-a întâmplat. „Am constatat că transportatorii din plute au început să se miște mult mai repede, în timp ce mișcarea celeilalte populații nu s-a schimbat deloc”, a raportat Rosenthal.
Întrucât transportatorii mobilizați nu părăsesc pluta, aceștia par să fluture în interiorul unui compartiment închis, ca și cum ar fi eliberați de lanțuri care, în mod normal, îi țin supuși. Aceste observații sugerează că este probabil ca cele două populații să fie controlate de căi de reglementare diferite.
„Acum, că putem urmări efectiv reglementarea transportorului, ar trebui să putem descoperi identitatea proteinelor de ancorare și semnalele la care aceste proteine răspund, permițând transportatorilor să treacă înainte și înapoi între nivelurile de activitate scăzute și ridicate”, a spus Blakely.
„În prezent, medicamentele antidepresive trebuie să oprească complet transportatorii de serotonină din creier pentru a obține un beneficiu clinic”, a adăugat el, menționând că acest lucru poate produce o serie de efecte secundare neplăcute, precum greață, creștere în greutate, probleme sexuale, oboseală și somnolență.
Prin intelegerea mecanismelor de baza care transforma in mod natural activitatea transportatorului de serotonina in sus si in jos, poate putem dezvolta medicamente care produc efecte secundare mai usoare si au o eficacitate si mai mare, a spus el. Obiectivele noastre sunt, de asemenea, axate pe transferul a ceea ce am învățat cu transportatorii normali de serotonină la o înțelegere a transportorilor hiperactivi pe care i-am găsit la copiii cu autism. ”
Sursa: Universitatea Vanderbilt
