Электрические колебания в микротрубочках связывают цитоскелет с передачей сигналов в нейронах

от

Исследователи из Университета Техаса в Сан-Антонио обнаружили новые подробности об электрических сигналах в нервных клетках, что углубило понимание учёными работы мозга.

Их работа представлена в исследовании «Electrical Oscillations in Microtubules», опубликованном в журнале Scientific Reports.

Исследовательскую группу Университета Техаса в Сан-Антонио и международных коллабораторов, изучающих электрическую активность внутри нейронов, возглавляют Марсело Маручо, профессор физики и астрономии и член группы биофизики факультета, и доктор Мохсин, докторант физического факультета.

«Понимание того, как работают электрические процессы, может иметь решающее значение для связи поведения клеточного скелета с активностью нейронов», — сказал Маручо.

Хотя учёные добились значительного прогресса в понимании того, как нервные клетки передают сигналы через свои внешние мембраны, команда Маручо сосредоточена на том, что происходит внутри клетки, в цитоскелете. Цитоскелет — это сеть структур, расположенных в цитоплазме клетки, состоящая из актиновых филаментов и микротрубочек.

Предыдущие исследования недооценивали роль этих структур в передаче сигналов нейронам. Но работа Маручо предполагает, что микротрубочки могут действовать как миниатюрные электрические провода, облегчая передачу сигналов на большие расстояния.

«Вместо того чтобы полагаться исключительно на медленные процессы диффузии, клетки могут использовать электрические сигналы вдоль этих цитоскелетных структур для регуляции локальных биохимических реакций и поддержки сложных функций мозга», — сказал Маручо.

«В долгосрочной перспективе понимание того, как электрические дисфункции в цитоскелетных филаментах влияют на нейроны, может помочь разработать методы лечения некоторых нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, понимание связи между памятью, обучением и коммуникацией в цитоскелете может привести к созданию терапий, которые предотвращают, замедляют или обращают вспять потерю памяти и улучшают нейропластичность — способность мозга адаптироваться на протяжении жизни», — добавил он.

Используя передовые исследовательские модели, учёные обнаружили молекулярные механизмы, генерирующие электрические колебания с частотой около 39 герц в микротрубочках, что схоже с частотой, наблюдаемой во время мозговой активности. При электрической стимуляции эти структуры могут передавать энергию между своими внутренними и внешними поверхностями через крошечные отверстия (нанопоры), потенциально повышая эффективность и продолжительность нейронной коммуникации.

«Представьте, что ваше тело и мозг — это современный высокотехнологичный автомобиль — природа предоставила его нам, и мы научились им управлять», — сказал Маручо. «Однако со временем вы замечаете, что производительность автомобиля снижается, и команды начинают сбоить. Вы хотите знать, как поддерживать свой «автомобиль» в «здоровом» состоянии в течение многих лет, и, возможно, хотите внести модификации для повышения его производительности».

«Как только мы лучше поймём, как работает каждый нейрон, мы сможем научиться поддерживать, улучшать и ремонтировать их, как мы это делаем с нашими автомобилями», — добавил он.

Открытие команды демонстрирует, как учёные преодолевают разрыв между физикой и биологией, чтобы лучше понять, как функционируют живые системы и обрабатывают информацию.

Предоставлено Университетом Техаса в Сан-Антонио.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте