Цинк оказался неотъемлемой частью коммуникационных каналов мозга

6 января 1999

Цинк оказался неотъемлемой частью коммуникационных каналов мозга

6 января 1999

Ла-Холья, Калифорния. Цинк уже давно признан важным микроэлементом, и текущее исследование, проведенное исследователями Института Солка, показывает, что он является неотъемлемой частью ионных каналов, структур, которые регулируют связь между нервными клетками.

Исследование, опубликованное в текущем номере журнала Структурная биология природы, может объяснить, почему дефицит цинка связан с когнитивными нарушениями.

«Мы еще не знаем, что делает цинк, но он определенно является компонентом этих важных структур», — сказал он. Сеньон Чоу, доцент Института биологических исследований Солка и старший автор исследования. «И это было удивительно — сначала мы пытались игнорировать это, думая, что это должно быть загрязнителем, но, конечно, когда вы пытаетесь опровергнуть это, оно продолжает возвращаться».

Ионные каналы являются важными «привратниками», которые регулируют то, как ионы, такие как кальций и калий, попадают в клетки и выходят из них. Их поток необходим для важных нейронных процессов. Кальций поступает в клетки мозга и помогает инициировать изменения, сопровождающие обучение. Нарушения в калиевых каналах были обнаружены у некоторых эпилептиков и у лиц с резистентностью к инсулину и нарушениями подвижности.

В текущем исследовании Чоу и его коллеги использовали рентгеновскую кристаллографию для определения структуры четырех калиевых каналов морского слизняка Aplysia. Каналы, называемые Shaw, Shab, Shal и Shaker, представляют четыре класса калиевых каналов, обнаруженных во всех высших организмах, включая человека. За исключением Шейкера, все каналы содержали четыре атома цинка в аналогичных позициях.

«Каждый канал напоминает воронку, — сказал Чоу, — а цинковые элементы окружают конец, который впадает внутрь клетки».

Нейробиологам уже несколько десятилетий известно, что красители, которые связываются с цинком, окрашивают клетки головного мозга в уникальные узоры, указывая на то, что цинк должен играть роль в функционировании мозга, а исследования показали, что цинк может улучшать способность к обучению у детей, страдающих от недоедания. Однако природа организации цинка в головном мозге оставалась неясной.

«Теперь мы знаем, что цинк встроен в структуры, которые абсолютно необходимы для активности нервных клеток», — сказал Чоу. «Кроме того, аминокислоты, которые содержат атомы цинка, полностью консервативны среди трех классов каналов, что говорит нам о том, что в ходе эволюции существовало избирательное давление, чтобы сохранить этот цинк на месте».

Все четыре типа калиевых каналов аплизии, изученные Чоу и его коллегами, имеют аналоги в нервной системе человека, поэтому исследователи считают, что их исследования роли цинка в функции каналов аплизии имеют непосредственное отношение к пониманию его функции в человеческом мозгу.

Первым автором исследования под названием «Zn2+-связывание и молекулярные детерминанты тетрамеризации в потенциалзависимых K+-каналах» является Кэтрин Биксби, в настоящее время работающая в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Среди других авторов Солка Андреас Крейш, научный сотрудник лаборатории Чоу, и Макс Нанао, который также является аспирантом Калифорнийского университета в Сан-Диего. Исследование проводилось в сотрудничестве с Н. Вивьен Шен и Полом Дж. Пффафингером из Медицинского колледжа Бейлора и Генри Беллами из Стэнфордской лаборатории синхротонного излучения. Работа была поддержана Национальным институтом здоровья и Американской кардиологической ассоциацией.

Институт биологических исследований Солка, расположенный в Ла-Холья, Калифорния, является независимым некоммерческим учреждением, занимающимся фундаментальными открытиями в области наук о жизни, улучшением здоровья и условий жизни человека и подготовкой будущих поколений исследователей. Институт был основан в 1960 году Джонасом Солком, доктором медицины, с подарком земли от города Сан-Диего и финансовой поддержкой Фонда врожденных дефектов March of Dimes.