Jau seniai žinoma, kad tam tikri žmogaus smegenyse esantys baltymai yra labai svarbūs kontroliuojant, kaip smegenų ląstelės bendrauja tarpusavyje. Vadinamasis GABAA receptoriai yra baltymai, kurie kontroliuoja jonų srautą į ląsteles ir iš jų. Kadangi jie atlieka tokį gyvybiškai svarbų vaidmenį, kaip sulėtėja arba nustoja šaudyti neuronai, jie tapo daugelio vaistų, tokių kaip epilepsija, nerimas, depresija ir nemiga, taikiniais.
Tačiau dėl techninių apribojimų ir subtilaus žmogaus smegenų audinio tyrimo pobūdžio mokslininkai neturėjo išsamaus vaizdo apie tai, kaip GABA.A receptoriai ir 19 jų subvienetų susijungia, kad atliktų savo funkcijas.
Dabar Kalifornijos universiteto San Diego ir Teksaso universiteto Pietvakarių medicinos centro mokslininkai sukūrė išsamų struktūrinį GABA žemėlapį.A receptorius žmogaus smegenyse, atskleidžiant, kaip jie kaupiasi ir kaip prie jų jungiasi vaistai. Jų išvados paskelbtos žurnale Gamta.
„Daugelis vaistų, skirtų įvairioms sąlygoms gydyti, yra nukreipti į šiuos receptorius, o tiriant receptorius tiesiogiai iš žmogaus smegenų, šis tyrimas suteikia naujų įžvalgų apie tikslią jų struktūrą, įskaitant tai, kaip jie sąveikauja su konkrečiais vaistais“, – sakė vyresnysis tyrimo autorius profesorius Ryanas Hibbsas. UC San Diego biologijos mokslų mokykloje.
Dėl techninių iššūkių tiriant žmogaus smegenų mėginius mokslininkai rėmėsi informacija apie GABAA receptorius, naudojant supaprastintų sistemų tyrimus, o ne tiesioginį baltymų tyrimą smegenų audinyje. Jia Zhou, Neurobiologijos katedros doktorantas, Hibbsas ir kiti tyrėjų komandos nariai sugebėjo įveikti šias kliūtis tiesioginiais žmogaus GABA tyrimais.A receptoriai.
Mėginiai buvo paimti gavus visišką pacientų, kuriems buvo atlikta epilepsijos gydymo operacija, sutikimą. Šiomis operacijomis buvo pašalintos nedidelės smegenų audinio dalys, kurios jau buvo išvežtos medicininiais tikslais.
Tada audinių mėginiai buvo analizuojami UC San Diego Hibbs laboratorijoje ir neseniai atidarytoje „Goeddel Family Technology Sandbox“, kurioje yra pažangūs krioelektroninės mikroskopijos (krio-EM) instrumentai. Cryo-EM žaibiškai vėsina audinį, kai mėginiai „užšaldomi“ vietoje ir atsiranda naujų būdų vizualizuoti sudėtingas detales, kurių neįmanoma naudoti kitomis priemonėmis. Tyrėjai taip pat naudojo elektrofiziologiją, kad išmatuotų, kaip GABAA receptoriai veikia ir reaguoja į vaistus.
Rezultatai leido mokslininkams sukurti išsamų GABA žemėlapįA receptorius, atskleidžiant, kaip jie susijungia ir kaip prie jų jungiasi vaistai. Krio-EM duomenys leido tyrėjams sukurti 3D struktūrinius 12 GABA modeliusA receptorių subvienetų rinkiniai, kurie atskleidė daugybę būdų, kaip subvienetai susijungia, kad sudarytų receptorius, taip pat naujus vaistų mechanizmus, kurie gali būti svarbūs gydant epilepsiją.
Nauja informacija atveria kelią suprasti, kodėl tam tikri vaistai veikia efektyviai arba neveikia gydant neurologinius sutrikimus. Tyrėjai pranešė, kad jie jau atrado naujas funkcijas dviem epilepsijos vaistams, kurie anksčiau nebuvo žinomi kaip veikiantys GABA.A receptoriai.
„Šis tyrimas padeda paaiškinti, kaip veikia smegenų „stabdžiai“ – kaip neuronai sulėtėja arba nustoja šaudyti“, – sakė Zhou, pagrindinis šio straipsnio autorius. „Suprasdami šį procesą, mokslininkai gali sukurti geresnius gydymo būdus tokioms ligoms kaip epilepsija, nerimas ir nemiga, o tai galiausiai pagerins milijonų žmonių gyvenimą.”
Mokslininkai dabar tiria, kaip skirtingi subvienetų deriniai veikia receptorių funkcijas įvairiuose smegenų regionuose, taip pat tiria naujų vaistų, kurie tiksliau nukreipia šiuos receptorius, kūrimą. Jie taip pat planuoja išplėsti tyrimus pacientams, turintiems specifinių neurologinių sutrikimų, kad būtų galima pritaikyti gydymą.