Dies ist ein neuron auf Nikotin: Nikotin funktioniert innerhalb der Zellen zu verstärken sucht

Wenn eine person nimmt einen Zug von einer Zigarette, Nikotin flutet in das Gehirn, aufrastbar auf Rezeptoren auf der Oberfläche von Nervenzellen und produziert Glücksgefühle. Aber Nikotin nicht bleiben einfach auf der Oberfläche von Zellen — das Medikament tatsächlich durchdringt in neuronalen Zellen und verändert Sie von innen heraus. Nun, ein team von Wissenschaftlern entwickelt ein protein-sensor, leuchtet in der Gegenwart von Nikotin, so dass die Forscher beobachten Nikotin, die Bewegungen in den Zellen und verraten mehr über die Natur der Nikotinabhängigkeit.

Die Arbeit wurde unter Leitung von Henry Lester, professor der Biologie bei Caltech und zuvor gastwissenschaftlerin am Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute (HHMI). Ein Papier beschreibt die Forschung erscheint online am 4. Februar in der Zeitschrift für Allgemeine Physiologie. Lester ist auch ein verbundenes Mitglied der Fakultät der Tianqiao und Chrissy Chen Institut für Neurowissenschaften am Caltech.

Das endoplasmatische Retikulum ist das äquivalent einer Zelle, die Fabrik-und Lager-der Ort, wo die Proteine synthetisiert und verpackt werden, um transportiert werden zu verschiedenen anderen Standorten sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle. Nikotinsäure-Rezeptoren (nAChRs) sind unter diesen Proteinen; nachdem er hergestellt im endoplasmatischen Retikulum, Sie Reisen dann auf der Oberfläche der Zelle. Wenn Nikotin-Moleküle in den Körper gelangen, Sie Reisen durch den Blutkreislauf und erreichen die Zellen des Gehirns, wo Sie sich treffen die nAChRs auf der Oberfläche dieser Zellen. Dies löst die Zellen‘ Prozesse auf die Freigabe der Chemikalien, der Belohnung und des Glücks.

Was passiert, wenn Nikotin ist umgezogen in die Zellen, jedoch nicht gut verstanden worden. Lester und die anderen zuvor festgestellt, dass einige nAChRs bleiben in der „Galerie“ — endoplasmatischen Retikulum — wo Sie auch binden kann, um Nikotin. In der Hoffnung um Einblicke in die Nikotin – Wirkung in den Zellen, Lester und sein team entwickelten ein tool namens ein biosensor zu visualisieren, wo das Medikament sammelt sich im inneren der Zellen. Der biosensor besteht aus einem speziellen protein, das sich öffnen und schließen, wie eine Venus-Fliegenfalle und einem inaktivierten fluoreszierenden protein. Der sensor ist entworfen, um in der Nähe um Nikotin, und diese dann aktiviert das fluoreszierende protein zu glühen hell, die anzeigt, wo die Nikotin-Moleküle befinden und wie viele vorhanden sind.

Wissenschaftler können die Biosensoren in bestimmten teilen einer Zelle-in dieser Arbeit, Sie befinden sich im endoplasmatischen Retikulum und auf den Zellen Oberflächen — und beobachten Sie Leuchten, wie Nikotin überschwemmungen in.

Durch die Erstellung von Filmen von Zellen mit Biosensoren in einem Labor Gericht, das team hat entdeckt, dass Nikotin tritt in das endoplasmatische Retikulum, in ein paar Sekunden erscheinen außerhalb einer Zelle. Außerdem, das Nikotin Ebenen sind mehr als genug, um Einfluss auf nAChRs während Ihrer Montage und zusätzliche Chaperon-nAChRs auf Ihrem Weg an die Zelloberfläche. Als Ergebnis, die Neuronen sind mehr empfindlich auf das Nikotin, das erhöht die dankbare Gefühle nach dem einen Zug an einer Tabak-Zigarette oder e-Zigarette. In anderen Worten, je mehr eine person Raucht, desto mehr schnell und einfach der Raucher bekommt eine Nikotin buzz. Dies ist Teil der nikotinsucht.

Während die Filme, die nun den Fokus auf isolierten Neuronen im Labor wollen die Wissenschaftler ermitteln, ob Nikotin die intrazellulären Bewegungen sind ähnlich wie in den Nervenzellen lebender Mäuse. Darüber hinaus sind die Entwicklung von Biosensoren für andere Drogen, wie Opioide und Antidepressiva, zu beobachten, wie diese verbindungen interagieren innerhalb und außerhalb der Zellen.

Das Papier mit dem Titel „Bestimmung der Pharmakokinetik von Nikotin-Drogen im Endoplasmatischen Retikulum Mit Hilfe von Biosensoren.“ Erster Co-Autoren sind Amol Shivange, früher ein Caltech-Postdoc-Stipendiat und jetzt bei Novozymes in Bangalore; Philip Borden des Janelia; und Caltech graduate student Anand Muthusamy. Neben Lester, andere Autoren sind Caltech Postdoc-Wissenschaftler Aaron Nichols, Kallol Bera, Matthew Mulcahy, und Saidhbhe O ‚ Riordan; Huan Bao und Edwin Chapman von der University of Wisconsin; Ishak Bishara, ehemaliger Praktikant in der Lester-Labor; ehemalige Caltech Bachelor-Janice Jeon (BS ’18); Bruce Cohen, senior scientist in der Lester-Labor; Charlene Kim, research technician assistant in der Lester-Labor; Dennis Dougherty, der George Grant Hoag Professor der Chemie am Caltech und Direktor des Beckman Institute; Jonathan Marvin von Janelia; und Loren Looger des Janelia. Gefördert durch die Nationalen Institute der Gesundheit, des Kalifornien-Tabak-Related Disease Research Programm, das California Institute für Regenerative Medizin, das Gehirn & Behavior Research Foundation, HHMI, Della Martin Stiftung, Louis und Janet Fletcher, und Caltech Summer Undergraduate Research Fellowship Spender.

Ein Spiel in den neuronalen Himmel: Wie ein neuron wächst ein axon: Wissenschaftler entsperren Sie neue molekulare Geheimnisse zu entwirren das Geheimnis

Während die neuronale Architektur, die verantwortlich für die übertragung von elektrischen Impulsen bekannt, seit mehr als einem Jahrhundert, die grundlegende Biologie hinter, wie ein neuron erhält seine eine und einzige axon — ein wesentlicher Bestandteil von, wie Neuronen kommunizieren kann -, bleibt ein Rätsel.

In einem neuen Papier, ein Forscher an der University of California, Riverside, und seinen Kollegen zu beschreiben, die die genetischen Schalter, die sich entzünden axon-formation. Ihre Arbeit konzentriert sich auf zwei molekularen Komponenten-polypyrimidine tract binding protein 2 (PTBP2) und die shootin gen (SHTN1).

„Neuronen sind so deutlich von anderen Zellen im Körper“, sagte Sika Zheng, assistant professor of biomedical sciences der School of Medicine an der University of California, Riverside. „Sie sind die einzigen Zellen, die wachsen können, um eine protrusion (dem axon), die sich Hunderte und Tausende Male länger als die Zelle Körper von selbst.“

Nervenzellen übertragen Informationen durch elektrische Impulse. Diese Impulse Reisen nach unten das lange, fadenförmige axon, der sich von den Neuronen der zentralen Körpers. Am Ende des axon, der Impuls Bögen über eine Lücke, die fingerlike Dendriten der benachbarten Nervenzelle. Dieser Funke einer synapse vermittelt Informationen von einer neuronalen Zelle zur nächsten. Die komplexen neuronalen Schaltkreis ermöglicht, jedes handeln, Gefühlen und Gedanken, die Sie jeden Tag erleben.

„Als ein Feld, wir in der Regel Studie ein gen zu verstehen, ein Phänomen, aber ein gen kann unmöglich alles beschreiben, was geschieht, erzeugen ein axon,“ Zheng sagte. „Anstatt sich auf ein gen, wir sind Global denken, erforschen den Prozess erzeugt, dass der spektakuläre Reihe von Aufgaben zu erstellen, die axon.“

Frühere Studien haben festgestellt, mehr als 150 Gene spielen einige Rollen in axon-Funktion. Zheng und sein team waren überrascht, zu finden, die insgesamt die expression dieser Gene bleiben relativ flach, wie die axon wächst. Wenn diese Gene sich nicht ändern, Ihre fülle, wie Sie dann diktieren, Neuronen zu produzieren Axone?

Diese Gene ändern Ihren „Charakter“ durch eine gen-regulatorischen Prozess, der als Alternatives Spleißen. Durch Alternatives Spleißen können von einem einzigen gen zu produzieren, die mehrere ähnliche protein-Isoformen mit unterschiedlichen Funktionen oder Identitäten. Laut Zheng, ist es, als ob diese Gene transformiert werden, um die Schulter-eine neue Aufgabe-in diesem Fall die Erzeugung eines axon.

PTBP2, eine spezielle RNA-bindendes protein, kurz stehen im Mittelpunkt der Studie. Zheng und sein team fanden PTBP2 Spike in unreifen Nervenzellen. Dieses protein sorgt für die präzise Choreographie hinter den Spleiß-Ereignisse, indem Sie wie eine Telefonzentrale Kontrolle über jeden Schritt des Prozesses, erzeugt das eine, wesentliche axon.

Im frühen Stadium der axon-formation, PTBP2 stellt sich auf die lange isoform des SHTN1-gen, das fördert das Wachstum des Axons. Wie das neuron reift, PTBP2 schrittweise nach unten reguliert und die SHTN1 gen-Schalter aus der langen isoform der kurzen isoform. Axon-Wachstum Stoppt, die sein axon neuron und die Verbindung zum neuralen Schaltkreis.

„PTBP2 und SHTN1 geben Sie uns einen Einstiegspunkt um zu verstehen, wie das Spleißen änderungen zu fördern, axon-Wachstum,“ Zheng sagte. „Wir können diese Informationen verwenden, um herauszufinden, was passiert auf zellulärer Ebene, und wir sind nur die Spitze des Eisbergs.“

Während dieser Studie konzentrierte sich auf PTBP2 und die SHTN1 gen, Zheng stellt fest, dass andere Proteine oder-Gene und Ihrer Isoformen könnte auch spielen eine Rolle bei der axon-formation. Diese Studie war auch, mit der Maus neuronale Zellen. Zheng und sein team wissen nicht, ob die gleichen Mechanismen aktiv sein in menschlichen neuronalen Zellen. Während die Studie bietet eine neue Perspektive auf diese grundlegende Frage, Zheng, warnt, dass es möglicherweise Jahre dauern, bis diese Erkenntnisse könnte in Zukunft Therapien.

„Neurodegenerative Erkrankungen sind oft manifestieren durch axon-degeneration,“ Zheng sagte. „Wir müssen nachdenken, über das Spleißen Prozess zu verstehen, axon-degeneration und regeneration für die Zukunft Therapien, aber es ist viel mehr Arbeit zu tun.“