Исследователи из МФТИ совместно с немецкими коллегами установили, как белки-транспортеры осуществляют перенос нейромедиатора глутамата и ионов натрия в центральной нервной системе. Результаты исследования могут лечь в основу новых подходов к лечению ишемических болезней головного мозга. Статья опубликована в журнале Science Advances. На фото: атомарное молекулярно-динамическое моделирование связывания иона натрия (Na+) с транспортерами глутамата. Отрицательный ион Asp− — аспартат
«Наши результаты помогут глубже понять, как работает транспорт нейромедиаторов в центральной нервной системе млекопитающих, и причины нарушения этого транспорта. Последнее приводит к проблемам с обучением и памятью», — рассказывает соавтор работы Кирилл Ковалев.
Глутаминовая кислота (в научном просторечии — глутамат) служит также нейромедиатором, который передает активирующий сигнал от одного нейрона другому. Вскоре после высвобождения нейромедиатора в синаптическую щель между нейронами он удаляется из нее с помощью вторичных транспортеров, белков семейства EAAT. Транспортер связывается с нейромедиатором и тремя ионами натрия в межклеточном пространстве. Концентрация натрия внутри клетки значительно ниже, и этот перепад служит источником энергии, позволяющим белку перенести нейромедиатор через клеточную мембрану. До недавнего времени оставались неясными подробности этого процесса.
Теперь ученые при помощи рентгеноструктурного анализа получили детальное изображение переносчика глутамата после его связывания с натрием, но до присоединения нейромедиатора. После этого авторы провели молекулярное моделирование на суперкомпьютерах и ряд функциональных экспериментов, в результате которых им удалось установить, каким образом присоединение двух ионов натрия вызывает последующее связывание глутамата и третьего иона. Результаты исследования раскрывают важные молекулярные механизмы обработки информации в мозге и могут лечь в основу новых подходов к лечению ишемических болезней головного мозга, таких как инсульт, при котором нарушение переноса глутамата приводит к повышению его концентрации.
Текст: МФТИ
Alleva, C., Kovalev, K., Astashkin, R., Berndt, M. I., Baeken, C., Balandin, T., … Machtens, J.-P. (2020). Na+-dependent gate dynamics and electrostatic attraction ensure substrate coupling in glutamate transporters. Science Advances, 6(47). https://doi.org/10.1126/sciadv.aba9854
