Шановні колеги, вітаю Вас! 11-го грудня (вівторок) 2012 р. 10-30 в Актовій залі Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України відбудеться чергове засідання наукового семінару «Актуальні питання сучасної біохімії». Будемо слухати доповідь Сівка Романа Віталійовича (ІБХ НАНУ, відділ нейрохімії), тема виступу - «Транспорт глутамату в нервових терміналях головного мозку щурів за умов зміни рівня холестеролу в мембранних структурах”. Мова йде за апробацію кандидатської дисертації. Традиційно до цього листа додаємо файл із авторськими тезами доповіді. Запрошуємо Вас та Ваших колег до участі у роботі нашого семінару. З повагою – С.О.Костерін.
„Транспорт глутамату в нервових терміналях головного мозку щурів за умов зміни рівня холестеролу в мембранних структурах ”
Сівко Роман Віталійович
Інститут біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, відділ нейрохімії
Холестерол є важливим ліпідним компонентом біологічних мембран і необхідною складовою ліпідних мікродоменів (рафтів) ? своєрідних платформ, на яких перетинаються різноманітні сигнальні шляхи. Синаптична передача є надзвичайно чутливою до змін концентрації мембранного холестеролу. Вони призводять до переміщення/інтерналізації рецепторів нейромедіаторів, перерозподілу білкових молекул, залучених до екзоцитозу, модуляції активності потенціал-залежних кальцієвих і калієвих каналів і специфічних транспортерів нейромедіаторів плазматичної мембрани. Вирішення питання, чи може зміна рівня холестеролу в плазматичній мембрані впливати на ключові характеристики глутаматергічної нейропередачі та яким чином дефіцит або насичення мембрани холестеролом може модулювати транспорт глутамату в нервових терміналях, є актуальною фундаментальною задачею сучасної нейрохімії. Необхідно відмітити, що дотепер немає сполук, які використовуються у клініці та здатні впливати на активність глутаматних транспортерів.
Нейромедіатор глутамат відіграє значну роль у підтримці нормального функціонування мозку та здійсненні його найважливіших функцій, а саме навчанні та пам’яті. При патологічних станах, за умов більшості нейродегенеративних захворювань, спостерігаються порушення транспорту глутамату. У нервовій системі надлишковий позаклітинний глутамат має токсичні властивості, оскільки надмірна активація глутаматних рецепторів та масивний вхід кальцію може призвести до загибелі нейронів. Термінація глутаматергічної нейропередачі відбувається шляхом видалення нейромедіатора з синаптичної щілини за рахунок його поглинання всередину нервової клітини. На сьогодні це є єдиним шляхом «нейтралізації» глутамату, оскільки у синаптичній щілині відсутні ферменти, що здатні розщеплювати глутамат. Поглинання глутамату нервовими клітинами забезпечується роботою високоафінних натрій-залежних глутаматних транспортерів, що локалізовані у ліпідних рафтах плазматичної мембрани нейронів і гліальних клітин. Рушійною силою цього процесу є Na+/K+ градієнт на плазматичній мембрані. Із цитоплазми глутамат транспортується у синаптичні везикули через везикулярні глутаматні транспортери, причому транспорт глутамату в синаптичні везикули відбувається за рахунок енергії протонного електрохімічного градієнту, що генерується везикулярною H+-ATPазою, яка потребує високої концентрації холестеролу для підтримання нормальної функціональної активності.
В нашій роботі для маніпуляцій з холестеролом використовувався метил-b-циклодекстрин (МЦД), метильований циклічний олігосахарид (складається з семи молекул ?(1-4)-глюкопіранози), який може утворювати водорозчинний комплекс з холестеролом. На ізольованих нервових терміналях головного мозку щурів (синаптосомах) за умов виснаження та насичення мембрани холестеролом з використанням акцептора холестеролу МЦД проаналізовані зміни транспорту глутамату в нервових терміналях, а саме високоафінного Na+-залежного накопичення глутамату, стимульованого деполяризацією плазматичної мембрани екзоцитозу синаптичних везикул, транспортер-залежного вивільнення глутамату, а також функціонального стану синаптичних везикул. Показано, що дозо-залежна дисипація протонного градієнту синаптичних везикул, яка відбувається внаслідок додавання МЦД до синаптосом, не залежить від присутності іонів кальцію у середовищі, в той же час повністю перешкоджає вивільненню глутамату з везикулярного пулу. При зниженні рівня холестеролу у синаптосомах зареєстровано підвищення позаклітинного рівня глутамату, а також зменшення початкової швидкості транспортер-залежного накопичення глутамату.
Відомо, що транспортер-залежне вивільнення є основним механізмом, що призводить до збільшення позаклітинної концентрації глутамату та розвитку нейротоксичності при церебральній гіпоксії/ішемії, інсульті, черепно-мозковій травмі. Показано, що транспортер-залежне вивільнення глутамату, стимульоване деполяризацією плазматичної мембрани, при дисипації протонного градієнта синаптичних везикул та у середовищі з низькою концентрацією Na+ зменшується в нервових терміналях зі зниженим вмістом холестеролу. Вивільнення глутамату шляхом гетерообміну з інгібітором глутаматних транспортерів DL-THA зменшується в нервових терміналях зі зниженим вмістом холестеролу. Таким чином, за патологічних станів, які супроводжуються збільшенням транспортер-залежного вивільнення глутамату, показана можливість нейропротекції (а саме зменшення цього вивільнення) за рахунок зниження вмісту мембранного холестеролу у нервових терміналях.
Встановлено, що обробка синаптосом комплексом МЦД-холестерол, що збагачує мембрану холестеролом у два рази, призводить до збільшення початкової швидкості накопичення глутамату, ацидифікації синаптичних везикул та вивільнення глутамату шляхом екзоцитозу.
Таким чином, визначені процеси, які при зміні концентрації мембранного холестеролу можуть бути залучені до розвитку патологій у нервовій системі, та навпаки, нейропротекції. Ми вважаємо, що холестерол може бути розглянутий як потужний неспецифічний ендогенний модулятор транспорту глутамату, а маніпуляція рівнем холестеролу в нервових клітинах має значні перспективи для прикладного використання у галузі біотехнології та медицини.