Наши мысли, чувства и движения контролируются миллиардами нейронов, которые разговаривают друг с другом в триллионах специализированных точек связи, называемых синапсами. В ходе углубленного исследования нейронов, выращенных в лабораторных чашках Петри, исследователи Национального института здравоохранения обнаружили, как самые болтливые из некоторых синапсов находят энергию для поддержки интенсивных разговоров, которые, как считается, лежат в основе обучения и памяти. Их результаты опубликованы в журнале Nature Metabolism., предполагают, что серия химических реакций управляет петлей обратной связи, которая определяет потребность в дополнительной энергии и восполняет ее, привлекая в синапсы клеточные энергетические установки, называемые митохондриями. Эксперименты проводились исследователями в лаборатории, возглавляемой доктором философии Зу-Ханг Шэном, в Национальном институте неврологических расстройств и инсульта Национального института здоровья (NINDS).
Команда изучала синапсы, которые используют глутамат нейромедиатора для связи. Связь происходит, когда пакет глутамата высвобождается из пресинаптических бутонов, которые представляют собой крошечные выступы, которые выступают, как бусинки на веревке, из длинных, проволочных частей нейронов, называемых аксонами. Ранее команда доктора Шэна показала, что синаптическая коммуникация - это энергоемкий процесс, и что митохондрии, перемещающиеся по аксонам, могут управлять сигналами, посылаемыми бутонами. Бутоны, в которых были митохондрии, посылали более сильные и последовательные сигналы, чем те, в которых отсутствовали силовые установки. Разница была связана с более высокими уровнями энергии, производимой митохондриями в форме АТФ.
В этом исследовании, возглавляемом Сунаном Ли, доктором философии, научным сотрудником NINDS, команда исследовала, что происходит, когда бутоны подвергаются интенсивной коммуникативной мысли, лежащей в основе обучения и памяти. Они обнаружили, что этот тип передачи сигналов быстро снижает уровень энергии бутонов. Эти изменения вызвали серию химических реакций, контролируемых датчиком энергии, называемым AMP-активируемыми протеинкиназами (AMPK), которые в конечном итоге привели к быстрому привлечению митохондрий к бутонам. Генетически блокирует или химически мешает этой петле обратной связипредотвращает доставку митохондрий к бутонам и снижает уровень энергии. Это, в свою очередь, уменьшало синаптические ответы во время интенсивного общения в большей степени, чем наблюдаемое в контрольных клетках, и замедляло восстановление ответов после окончания всплесков. Исследователи пришли к выводу, что эта петля обратной связи обычно может играть решающую роль в обеспечении энергией, необходимой для поддержания синаптической связи во всей здоровой нервной системе. Например, они ссылаются на исследования, из которых следует, что проблемы с этой системой могут возникать в некоторых случаях болезни Альцгеймера и других неврологических расстройств.
