加州大学戴维斯分校研究发现大脑细胞监管机构就像一个音量控制

加州大学戴维斯分校的研究人员发现,蛋白质调节脑细胞活动通过控制钾离子的流动行为更像音响的音量,而不是开/关电源开关。

该研究发表在8月19日的一期科学提供了一个模型的行为关键看门人神经元膜蛋白质中发现。

“我们已经表明,大脑细胞调节活动以增量方式,成千上万的不同的可能水平的活动,”詹姆斯微调解释说,高级该论文的作者之一、加州大学戴维斯分校的医学药理学和毒理学教授医学院。

他和他的同事们研究了离子通道控制神经活动称为Kv2.1,找到一种电压门控钾通道,每个神经元的神经系统。

“我们的工作表明,该频道可以存在于数以百万计的不同的功能状态,使细胞能够拨打其上下活动取决于外部环境发生了什么,”微调说。

这种监管的现象被称为“稳态塑性”,它指的是,在这种情况下,通道蛋白的能力改变其功能,以维持最佳的电活动的神经元在面对大大脑内的变化或动物的环境。“这是一个优雅的反馈系统,”他补充道。

多年来,科学家们一直试图研究神经元如何调节钾离子通道的功能——pore-like开口控制流的细胞膜钾离子进入细胞——有限的成功。

当前的研究结合了质量spectrometry-based蛋白质组学和离子通道生物物理学研究生活的脑细胞。

“这是一个重要的生物学问题,不可能是任何其他方式回答,“微调说。

大多数细胞在体内可以靠开/像开关,允许他们在需要的时候生长和增殖。

事实上,这些“开关”的例子包括致癌基因的研究产品,蛋白质被困在“上”的位置,导致癌症。

大脑细胞,然而,必须多任务,接收和处理信号从各种来源,内部和外部的身体。

“这能力来处理各种各样的信号包括一些相当复杂和微妙的神经活动的监管,“微调说。

科学家早已知道,钾离子通道对脑细胞的正常工作至关重要。

神经元响应刺激,如噪音环境或化学信使从身体的不同部位,进行弱的跨膜电流。

这是可能的因为分配不均的带电离子或原子,神经细胞膜的两侧。

电压门控钾离子通道调节钾离子的传递在这些膜响应电信号的变化。

大脑细胞活动时减少钾离子通道开放。关闭通道导致神经元兴奋性增加。

某些种类的蛇毒利用这种机制通过阻断钾离子通道,导致癫痫发作。

同样,钾离子通道与癫痫有关缺陷和减少大脑发育,以及神经退行性疾病类似于阿尔茨海默病和帕金森疾病。

钾离子通道的类型检查在当前的研究中,Kv2.1,已被证明在研究助理总裁中西宏明研究科学家Misonou高度监管的癫痫发作,中风和麻醉。

微调和他的同事们使用质谱技术SILAC(稳定同位素标记的氨基酸在细胞培养)来研究大脑细胞的离子通道。

研究人员面临的问题是,在质谱质量,得到更为准确的措施量化的一种蛋白质在不同样品是很困难的。

SILAC允许科学家添加额外的原子量可以分析一个样品,这样两个不同的样品在给定运行,允许的测量量。

质量标记的分离这两个样本中实验和gis空间结构的质谱宣读。

使用这种技术,博士后Kang-Sik公园显示16个站点蛋白质在哪里修改通过添加一个磷酸基的细胞。

删除网站的进一步研究,每个调制中揭示其作用,其次是小心通道功能的生物物理分析博士后杜尔迦Mohapatra,显示七的这些网站参与神经元活动的监管。

由于每个站点可以独立监管的四通道亚单位,神经元可以产生一个巨大的(> 1018)数量的可能形式的通道。

使用此机制,Kv2.1通道快速修改,甚至模仿其他钾离子通道的活动。

与单个蛋白质”的美是它已经存在,可以在几分钟内改变。需要几个小时细胞钾离子通道产生一个完全不同的,”微调解释道。

基于这些结果,微调和他的同事们假设部分Kv2.1通道蛋白相互作用的方式,使它更容易或困难,改变从封闭到开放的。

蛋白质,他们相信,可以存在于松散的状态,需要少量的能量,或电压,改变从一个状态到另一个地方或一个锁定的状态,需要大量的能源(高压)来打开或关闭。

磷酸分子的数量和位置是确定所需的电压打开通道。

下一步将确定大脑神经元调节磷酸盐的添加和删除个人网站Kv2.1蛋白质在正常动物行为。

这涉及到蛋白质组学分析Kv2.1从不同的大脑区域与光刺激后,声音和不同的学习模式。

微调和他的同事们还将探索的药理调制Kv2.1磷酸化神经和精神疾病的治疗。