Российские нейробиологи обнаружили новый способ передачи сигналов между нервными клетками

Нейробиологи из Института биофизики клетки РАН (г. Пущино) и Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта совместно с коллегами из Швеции и США обнаружили новый способ передачи химических сигналов между нервными клетками. Вкусовые рецепторы одного из типов выделяют аденозинтрифосфат (АТФ) — вещество, которое используется клетками в первую очередь как источник энергии. Однако в данном случае его молекулы клетки выпускают наружу не в составе мембранных пузырьков, как это обычно бывает при обмене сигналами между нейронами, а через комплексы белков с гигантскими отверстиями посередине. Как обнаружили авторы работы, производством АТФ «на экспорт» в этих вкусовых рецепторах заняты митохондрии особого типа. Научная статья опубликована в журнале Science Signaling.

Исследователи заострили внимание на вкусовых рецепторах II типа, позволяющих ощущать сладкое, горькое и умами (вкус мяса, а точнее содержащегося в его белках глутамата). С помощью электронной микроскопии они сделали множество микрофотографий участков, где эти вкусовые рецепторы контактируют с отростками нейронов, проводящих сигналы в головной мозг. Также ученые с помощью флуоресцентных красителей определили, как меняется во вкусовом рецепторе II типа содержание АТФ в момент, когда такая клетка взаимодействует со сладкими веществами и глутаматом.

На всех микрофотографиях, запечатлевших место контакта (синапса) вкусового рецептора II типа и передающего сигналы в мозг нейрона, обнаружили крупные митохондрии необычной формы. Интересно было и их расположение: хотя бы одна такая митохондрия всегда находилась вблизи мембраны вкусового рецептора в районе синапса с нейроном-«передатчиком».

Предыдущие исследования показали, что АТФ в таких синапсах выбрасывается наружу не в мембранных пузырьках, как большинство нейромедиаторов, а через отверстия, проделанные в оболочке клетки каналом из нескольких белков под общим названием CALHM1. А полученные при электронной микроскопии снимки показали: CALHM1 не разбросаны по всей оболочке вкусового рецептора II типа, а собраны в районе контакта с нейроном, передающим сигналы в мозг. Близость этих каналов к необычным митохондриям позволила предположить, что именно они являются источником молекул АТФ, служащих в качестве сигнального вещества. Возможен был и другой вариант: аденозинтрифосфат «на экспорт» образуется в цитоплазме.

Это предположение авторы работы проверили, заблокировав работу митохондрий во вкусовых рецепторах II типа. Из-за этого клетки перестали реагировать на присутствие сладких и горьких веществ, а также глутамата. Учитывая, что уровень АТФ в цитоплазме значительно ниже, чем в митохондриях, можно считать, что молекулы этого вещества для синапсов производят именно они. По-видимому, благодаря особо крупным размерам специализированные митохондрии способны производить и хранить большие количества АТФ и выделять их по мере необходимости. Далее молекулы этого вещества переносятся к оболочке клетки и выходят наружу через каналы CALHM1.

Получается, что российские и зарубежные нейробиологи обнаружили новый, необычный механизм передачи сигналов между нервными клетками. В отличие от «классических» синапсов, в месте контакта вкусового рецептора II типа с другим нейроном находятся крупные митохондрии. Они производят нетипичный нейромедиатор, обычно используемый клеткой в энергетических нуждах. Он выделяется в синапсе не из мембранных пузырьков, а через особые отверстия в оболочке вкусового рецептора, существующие за счет каналов CALHM1.