Apró fehérjék címkézése a depresszió gyökereinek vizsgálatára

A Vanderbilt Egyetem tudósainak apró fluoreszcens gyöngyökkel sikerült megjelölniük egy olyan fehérjét, amely a szerotonin neurotranszmittert szabályozza, lehetővé téve számukra az egyes molekulák mozgásának első nyomon követését.

Az a képesség, amelynek elérése csaknem egy évtizedet vett igénybe, lehetővé teszi a szerotonin-szabályozás új szinten történő tanulmányozását, ami azért fontos, mert a szerotonin kulcsszerepet játszik a hangulat, az étvágy és az alvás szabályozásában a kutatók szerint.

A szabályozó fehérje, amelyet a tudósok sikeresen megjelöltek, szerotonin transzporternek nevezik. Átnyúlik az ideg külső felületét képező membránon, és úgy működik, mint egy porszívó, amely a szerotonin molekulákat beszívja a sejt testébe, és távol van a többi sejt szerotonin célreceptoraitól, szabályozva a szerotonin koncentrációját a sejt körüli területen.

A szerotonin transzporterek fontos kutatási téma, mert ezek a célpont a depresszió kezelésére használt leggyakoribb gyógyszerek, köztük a Prozac, a Paxil és a Lexapro között - jegyzik meg a kutatók.

"Ha érdekel a mentális egészség, akkor a szerotonin-transzporterek ideális téma" - mondta Sandra Rosenthal, Ph.D., a Jack és Pamela Egan kémia elnöke, aki a tanulmányt Randy Blakely, Ph.D. Allan D. Bass farmakológiai és pszichiátriai professzor.

A kutatók megjegyezték, hogy a szerotonin transzporter szabályozásával kapcsolatos problémák az autizmusban is szerepet játszanak. Két évvel ezelőtt Blakely és genetikus, James Sutcliffe arról számolt be, hogy a szerotonin transzporter fehérjében több olyan változás is felfedezhető, amelyek miatt a transzporter „túlműködővé” válik az autizmussal élő embereknél.

A közelmúltban Blakely és Jeremy Veenstra-VanderWeele, M.D. arról számoltak be, hogy az ilyen jól működő transzporterek egyikét expresszáló egerek több viselkedési változást mutatnak, amelyek hasonlítanak az autizmussal küzdő gyerekeknél tapasztalt változásokra.

A tudósok szerint a transzporterek működésének megértésére tett kísérleteket korlátozta viselkedésük tanulmányozásának nehézsége.

"A múltban csak olyan pillanatfelvételekre korlátozódtunk, amelyek a transzporter molekulák helyét mutatják egy adott időpontban" - mondta Jerry Chang kémia szakos hallgató, aki kifejlesztette a címkézési technikát. "Most valós időben követhetjük mozgásukat a sejtek felszínén, és láthatjuk, hogy mozgásuk hogyan viszonyul a szerotonin felvételi aktivitáshoz."

A kutatók által alkalmazott fluoreszcens címkék nádméretű gyöngyök, az úgynevezett kvantumpontok, amelyek kadmium és szelén keverékéből készülnek. A gyöngyök csak valamivel nagyobbak, mint az általuk megjelölt fehérjék: 10 000-t kell összefűznie ahhoz, hogy az emberi haj szélességét átfogja - magyarázzák a kutatók.

A kvantumpontok megvilágításkor színes fényt bocsátanak ki, és a méretük kisebb változásai miatt különböző színekben világítanak. Az egyik kutató, Ian D. Tomlinson, Ph.D., kifejlesztett egy speciális molekuláris húrot, amely az egyik végén a kvantumponthoz, a másik végén pedig a szerotonin transzporteréhez kötődő gyógyszerszármazékhoz kapcsolódik.

Ha ezeket a kvantumpontokat tartalmazó keveréket inkubáltuk tenyésztett idegsejtekkel, a gyógyszer a transzporterhez kapcsolódik. Amint a fehérje mozog, úgy húzza maga után a kvantumpontot, mint egy gyerek, aki lufit tart a húron - magyarázta. A terület megvilágításakor a kvantumpontok mikroszkópban színes fénypontokként jelennek meg.

Új eljárásukat a kutatók az idegsejt kiterjesztéseit vizsgálták, amelyek részt vesznek a szerotonin kiválasztásában. Korábbi kutatások alapján a kutatók azt gyanították, hogy a transzporterek ezen kiterjesztések koleszterinben gazdag részeire, úgynevezett tutajokra koncentrálódnak, bár a standard megközelítésekkel való felbontás szintje nem volt megfelelő ahhoz, hogy bármilyen nyomot adjon arra, hogy mit csinálnak ott.

A kvantumpont-vizsgálatok azt mutatták, hogy két különálló transzporter létezik: azok, amelyek szabadon közlekedhetnek a membrán körül, és olyanok, amelyek úgy viselkednek, mintha képtelenek lennének mozogni. Megállapították, hogy a mozdulatlan szállítmányozók a tutajokban helyezkedtek el.

Amikor stimulálták a sejtet a transzporter aktivitás növelésére, meglepődtek a történteken. "Megállapítottuk, hogy a tutajokban lévő szállítmányozók sokkal gyorsabban kezdtek mozogni, míg a többi lakosság mozgása egyáltalán nem változott" - számolt be Rosenthal.

Mivel a mozgósított szállítmányozók nem hagyják el a tutajokat, úgy tűnik, mintha egy zárt rekesz belsejében süvítenek, mintha megszabadulnának azoktól a láncoktól, amelyek általában visszafogják őket. Ezek a megfigyelések valószínűsítik, hogy a két populációt különböző szabályozási utak irányítják.

"Most, hogy figyelemmel kísérhetjük a transzporterek szabályozását, képesnek kell lennünk rájönni a lehorgonyzó fehérjék azonosságára és azokra a jelekre, amelyekre ezek a fehérjék reagálnak, amelyek lehetővé teszik a transzporterek számára az alacsony és a magas aktivitási szint közötti oda-vissza kapcsolást" - mondta Blakely.

"Jelenleg az antidepresszáns gyógyszereknek teljesen le kell állítaniuk az agy szerotonin transzportereit a klinikai előny elérése érdekében" - tette hozzá, megjegyezve, hogy ez számos kellemetlen mellékhatást okozhat, például hányingert, súlygyarapodást, szexuális problémákat, fáradtságot és álmosságot.

"Ha megértjük azokat az alapvető mechanizmusokat, amelyek természetesen felfelé és lefelé fordítják a szerotonin transzporter aktivitását, talán olyan gyógyszereket is kifejleszthetünk, amelyek enyhébb mellékhatásokat produkálnak, és még nagyobb hatékonysággal rendelkeznek" - mondta. "Látnivalóink ​​arra is összpontosítanak, hogy a normál szerotonin transzporterekkel tanultakat átadjuk az autizmussal élő gyermekeknél tapasztalt hiperaktív transzporterek megértéséhez."

Forrás: Vanderbilt Egyetem