Исследователи из University of Pittsburgh открыли механизм, с помощью которого нейроны удовлетворяют спрос в достаточном количестве постоянно повторяющихся сигналов от др. нейронов. Новые находки были сделаны на мухах и мышах, это поставило под вопрос существующую догму о том, что нейроны высвобождают химический сигнал dopamine, чтобы общаться и это может иметь важные последствия для связанных с допамином болезней, включая шизофрению, болезнь Паркинсона и пагубные привычки.

Нейроны общаются др. с др. путем высвобождения химических веществ, наз. нейротрансмиттерами, такими как дофамин и глютамат, в небольшое пространство между двумя нейронами, известное как синапс. Внутри нейронов нейротрансмиттеры ожидают высвобождения из небольших пузырьков, наз. синаптическими пузырьками.

"Наши находки продемонстрировали впервые, что нейроны могут менять, какое количество дофамина они будут высвобождать в зависимости от функции их общей активности. Когда этот механизм не работает соотв. образом, то это может приводить к значительному влиянию на здоровье," объясняет Zachary Freyberg.

Когда исследователи вызывали возбуждения дапаминовых нейронов, то пузырьки нейронов начинали высвобождать дофамин, как и ожидалось. Но ученые отметили, что нечто неожиданное: дополнительное содержимое загружалось в пузырьки прежде, чем они получали возможность к опорожнению. Последующие эксперименты показали, что эта индуцируемая активностью загрузка пузырьков обусловлена повышением уровня кислотности внутри пузырьков.

"Наши находки оказались совершенно неожиданными," сказал Freyberg. "Они противоречили существующей догме, что окончательное количество химического сигнала загружалось в пузырьки в какое-то определенное время и что кислотность пузырьков фиксирована."

Исследователи продемонстрировали, что повышение кислотности обеспечивается с помощью транспортных каналов на клеточной поверхности, которые делают возможным приток негативно заряженных ионов глютамата в нейрон, повышая тем самым его кислотность. Генетическое удаление транспортера у плодовых мушек и мышей делало животных менее чувствительными к амфетамину, лекарству, осуществляющему свой эффект стимулированием высвобождения дофамина нейронами.

"В этом случае глютамат не действовал как нейротрансмиттер. Вместо этого он функционировал, прежде всего, как источник негативных зарядов, который и использовали эти пузырьки очень разумно, чтобы манипулировать кислотностью синаптических пузырьков и тем самым менять содержание в них дофамина," говорит Freyberg. "Это ставит под вопрос модель пузырьков из учебников, как содержащих фиксированные количества одиночных нейротрансмиттеров. Очевидно, что эти пузырьки содержат и дофамин и глютамат и динамически модифицируют свое содержимое, чтобы соответствовать условиям в клетке, как это необходимо."

В будущем ученые планируют более тщательно исследовать, как увеличение кислотности в пузырьках влияет на здоровье. Ряд заболеваний головного мозга характеризуется аномальной передачей сигналов дофамина и изменением уровня нейротрансмиттеров.

"Поскольку мы продемонстрировали, что баланс между глютаматом и дофамином важен для контроля количества дофамина, который высвобождают нейроны, то вполне резонно предположить, что дисбаланс между двумя нейротрансмиттерами может вносить вклад в симптомы этих заболеваний," заключил Freyberg.