Калиевый канал KCNQ3 необходим нашему мозгу для создания точных пространственных карт. У мышей дефекты функции KCNQ3 оказывают ощутимое влияние на внутреннюю систему навигации. Выводы исследовательской группы, в которую входят исследователи из FAU, недавно опубликованные в Nature Communications , также имеют отношение к исследованиям деменции альцгеймеровского типа.
Помимо других физиологических процессов, калий необходим для возбудимости мышц и нервных клеток. Ионы калия пересекают внешнюю клеточную мембрану через множество ионных каналов и, таким образом, генерируют электрические токи. Двадцать лет назад группа профессора Томаса Йенча из Исследовательского института молекулярной фармакологии (FMP) им. Лейбница в Берлине определила гены, кодирующие семейство калиевых каналов KCNQ2-5, и продемонстрировала, что мутации в KCNQ2 и KCNQ3 могут вызывать наследственную эпилепсию у людей. Фармацевтические компании смогли разработать целевые противоэпилептические препараты в результате этого новаторского исследования.
Теперь группы молекулярных биологов под руководством Томаса Йенча и нейрофизиологов под руководством Алексея Пономаренко, профессора Института физиологии и патофизиологии FAU, вместе с учеными из Университета Коннетикут (США) и Университета Кельна, обнаружили, что KCNQ3 может также играют роль в болезни Альцгеймера и других когнитивных расстройствах.
Точные навигационные карты в головном мозге
Обычно передатчик ацетилхолина подавляет нейрональный поток калия, который необходим для корковой возбудимости и, следовательно, для памяти и внимания. Хорошо известно, что пациенты с болезнью Альцгеймера постепенно теряют холинергическую нейромодуляцию.
В текущем исследовании изучалась роль каналов KCNQ3 в нейромодуляции навигационной системы мозга. Эти поля мест - открытие, за которое несколько лет назад была присуждена Нобелевская премия, - служат внутренней картой для мозга. «Мы обнаружили, как различные сигналы, генерируемые клетками места, находящимися под контролем каналов KCNQ3, взаимодействуют с ритмами мозга, формируя точные пространственные карты», - говорит Алексей Пономаренко.
Нокаутные мыши с дефектным каналом KCNQ3, созданные группой Томаса Йенча, показали иную картину. Хотя паттерны активности клеток места у здоровых мышей следовали определенному временному и пространственному паттерну, у мышей с нокаутом синаптическая передача единичными или почти одновременными множественными (импульсными) сигналами клеток места была дезорганизована. «Когда выстреливаются очереди, они обычно имеют определенный ритм. У мутантов, однако, очереди не контролируются ритмом, а запускаются в совершенно случайные моменты времени или фазы ритма», - объясняет профессор Пономаренко. «Это эффективно подавляет единичные потенциалы действия и создает дисбаланс в паттернах активности клеток места».
В сочетании с оптогенетическими экспериментами записи с использованием силиконовых зондов толщиной 15 микрометров, имплантированных в гиппокамп свободно ведущих грызунов, предоставили захватывающее представление о функциях мозга. Кроме того, члены группы в Америке продемонстрировали, что отсутствие канала KCNQ3 привело к значительному снижению нейрональных калиевых токов (здесь M-токов).
«Хотя на сегодняшний день данных для клинического применения недостаточно, наши результаты показывают, что каналы KCNQ3 могут быть потенциальной целью для будущих исследований лекарств для лечения болезни Альцгеймера и других деменций», - подчеркивает профессор Пономаренко, «по крайней мере на ранних стадиях, когда клетки места, вероятно, все еще присутствуют, но холинергическая нейромодуляция уже утихла ». Требуются дополнительные исследования, чтобы лучше понять роль KCNQ3 в мозге .
