Označavanje sitnih proteina za ispitivanje korijena depresije
Sposobnost, kojoj je trebalo gotovo desetljeće da bi se postigla, omogućuje proučavanje regulacije serotonina na novoj razini, što je važno zbog ključne uloge koju serotonin igra u regulaciji raspoloženja, apetita i spavanja, prema istraživačima.
Regulatorni protein koji su znanstvenici uspješno označili poznat je kao transporter serotonina. Prostire se kroz membranu koja tvori vanjsku površinu živca i djeluje poput usisavača koji usisava molekule serotonina u stanično tijelo i dalje od ciljanih receptora serotonina na drugim stanicama, regulirajući koncentraciju serotonina u području oko stanice.
Prijenosnici serotonina važna su tema istraživanja jer su oni meta za najčešće lijekove koji se koriste za liječenje depresije, uključujući Prozac, Paxil i Lexapro, napominju istraživači.
"Ako vas zanima mentalno zdravlje, transporteri serotonina idealna su tema", rekla je dr. Sandra Rosenthal, katedra za kemiju Jack i Pamela Egan, koja je studiju vodila s Randyjem Blakelyem, dr. Sc. Allan D. Bass, profesor farmakologije i psihijatrije.
Istraživači su primijetili da su problemi s regulacijom transportera serotonina također povezani s autizmom. Prije dvije godine Blakely i genetičar James Sutcliffe izvijestili su o otkriću višestrukih promjena u proteinu transportera serotonina zbog kojih transporter postaje "preaktivan" kod osoba s autizmom.
Nedavno su Blakely i Jeremy Veenstra-VanderWeele, MD, izvijestili da miševi koji izražavaju jednog od ovih visoko funkcionalnih prijenosnika pokazuju višestruke promjene u ponašanju koje nalikuju promjenama viđenim kod djece s autizmom.
Pokušaji da se shvati kako ovi transporteri rade ograničeni su poteškoćama proučavanja njihovog ponašanja, prema znanstvenicima.
"U prošlosti smo bili ograničeni na snimke koje pokazuju mjesto molekula transportera u određeno vrijeme", rekao je diplomirani student kemije Jerry Chang, koji je razvio tehniku označavanja. "Sada možemo pratiti njihovo kretanje na površini stanica u stvarnom vremenu i vidjeti kako su njihovi pokreti povezani s aktivnošću unosa serotonina."
Fluorescentne oznake koje su istraživači koristili su nanorazmjerne kuglice zvane kvantne točkice izrađene od smjese kadmija i selena. Zrnca su tek malo veća od proteina koje označavaju: Morali biste nanizati 10.000 kako biste prešli širinu ljudske dlake, objašnjavaju istraživači.
Kvantne točke emitiraju obojenu svjetlost kad su osvijetljene, a male promjene u njihovoj veličini uzrokuju da svijetle u različitim bojama. Jedan od istraživača, dr. Ian D. Tomlinson, razvio je posebnu molekularnu žicu koja se na jednom kraju veže za kvantnu točku, a s drugog kraja veže se na derivat lijeka koji se veže za transporter serotonina.
Kada se smjesa koja sadrži ove kvantne točke inkubira s uzgojenim živčanim stanicama, lijek se veže na transporter. Dok se protein kreće, povlači kvantnu točku iza sebe poput djeteta koje drži balon na uzici, objasnio je. Kad je područje osvijetljeno, kvantne točke se u mikroskopu prikazuju kao obojene svjetlosne točke.
Sprovodeći svoj novi postupak, istraživači su proučavali proširenja živčane stanice koja sudjeluju u lučenju serotonina. Iz prethodnih istraživanja istraživači su sumnjali da će transporteri biti koncentrirani u dijelovima tih nastavaka bogatih kolesterolom, nazvanim splavovima, iako razina razlučivosti sa standardnim pristupima nije bila dovoljna da pruži bilo kakve naznake što tamo rade.
Studije kvantnih točaka pokazale su da postoje dva različita transportera: oni koji mogu slobodno putovati oko membrane i oni koji se ponašaju kao da se ne mogu kretati. Otkrili su da su se nepokretni transporteri nalazili u splavovima.
Kad su stimulirali stanicu da poveća aktivnost transportera, iznenadili su se što se dogodilo. "Otkrili smo da su se transporteri na splavovima počeli kretati mnogo brže, dok se kretanje ostalog stanovništva uopće nije promijenilo", izvijestio je Rosenthal.
Budući da mobilizirani transporteri ne napuštaju splavove, čini se da fijuču unutar zatvorenog pretinca, kao da su pušteni iz lanaca koji ih obično drže pokorenima. Ova zapažanja sugeriraju da je vjerojatno da su dvije populacije kontrolirane različitim regulatornim putovima.
"Sad kad možemo gledati kako se regulacija transportera zapravo događa, trebali bismo biti u mogućnosti shvatiti identitet sidrenih proteina i signale na koje ti proteini odgovaraju, što omogućuje prijevoznicima da se prebacuju naprijed-natrag između niske i visoke razine aktivnosti", rekao je Blakely.
"Trenutno antidepresivi moraju u potpunosti zatvoriti prijenosnike serotonina u mozgu kako bi postigli kliničku korist", dodao je, napominjući da to može proizvesti niz neugodnih nuspojava, poput mučnine, debljanja, seksualnih problema, umora i pospanosti.
"Razumijevanjem osnovnih mehanizama koji prirodno okreću aktivnost transportera serotonina gore-dolje, možda možemo razviti lijekove koji proizvode blaže nuspojave i imaju još veću učinkovitost", rekao je. "Naše su znamenitosti također usmjerene na prijenos onoga što smo naučili s normalnim prijenosnicima serotonina na razumijevanje hiperaktivnih prijenosnika koje smo pronašli kod djece s autizmom."
Izvor: Sveučilište Vanderbilt
