Komplizierte Details Der Entdeckten Gehirnfunktionen

2023 Autor: Freda Quincy | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-11-26 13:05

Dank der Wissenschaft wird das Gehirn immer mehr zu einem offenen Buch, das uns Informationen und Details gibt, die bisher nicht für möglich gehalten wurden. Fortschritte auf dem Gebiet der Hirnkartierung ermöglichen es Wissenschaftlern zum ersten Mal, Details darüber zu entdecken, wie unser Gehirn Sofortnachrichten von einer Gehirnzelle zur anderen sendet.

Forscher des SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums verwendeten den Röntgenlaser der Linac Coherent Light Source (LCLS), um die 3D-Atomstruktur von Neurotransmittern - zwei Proteinkomplexen, die die Freisetzung von Signalchemikalien steuern - aus Gehirnzellen zu analysieren. Sie glauben, dass das Herausfinden, wie diese Zellen in weniger als einem Tausendstel einer Sekunde Signale freisetzen, die Entwicklung neuer Therapien zur Behandlung kognitiver Störungen unterstützen könnte.

Die Forscher verwendeten Daten aus früheren Forschungen an der Stanford School of Medicine und SLAC. Über die Details der Studie wird in der Zeitschrift Nature berichtet.

Laut Axel Brunger, dem Hauptforscher der Studie und Professor an der Stanford School of Medicine und SLAC, wirken sich viele Erkrankungen des Gehirns, einschließlich Depressionen, Schizophrenie und Angstzuständen, auf Neurotransmittersysteme aus. "Beide Teile dieses Proteinkomplexes sind essentiell", erklärte er, "aber bis jetzt war unklar, wie seine beiden Teile zusammenpassen und zusammenarbeiten."

Dank des Linac Coherent Light Source-Röntgenlasers von SLAC sind jetzt komplexere Details dieser Struktur ans Licht gekommen, die uns ein besseres Verständnis der molekularen Maschinerie ermöglichen, die die Gehirnfunktion antreibt.

Um die gemeinsame Proteinstruktur zu untersuchen, fand das Team einen Weg, Kristalle aus den Proteinkomplexen zu züchten. Sie verwendeten einen neu entwickelten Roboter - eine der hellsten Röntgenquellen der Erde -, um die Kristalle am LCLS von SLAC zu untersuchen.

Die Forscher verglichen und kontrastierten Hunderte von Röntgenbildern von etwa 150 Proteinkristallen, um die atomaren Details der verbundenen Struktur aufzudecken.

Laut Aina Cohen, die an der Stanford Synchrotron Radiation Light-Quelle von SLAC arbeitet, wurde der Roboter vor diesem Experiment noch nie eingesetzt. Es wurde bei LCLS verwendet, um die Struktur eines sehr komplizierten Multiproteinkomplexes zu bestimmen. Sie fügte hinzu, dass dies ein großartiges Beispiel dafür ist, wie Fortschritte in Wissenschaft und Technologie der Welt ein neues Verständnis für einige wirklich komplexe Mechanismen liefern.

Frühere Röntgenuntersuchungen entdeckten die beiden Proteinteile SNAREs und Synaptotagmin-1. Während ihrer Studie stellten die Wissenschaftler fest, dass Synaptotagmin-1 und SNAREs, wenn sie zusammenkommen, einen leichten Anstieg der Calciumkonzentration verursachen, was eine schnelle Freisetzung von Neurotransmittern von einem Neuron zum anderen auslöst. Das Team spekuliert, dass viele dieser Proteinkomplexe sich zusammenschließen und die Freisetzung von Neurotransmittern effizient auslösen könnten.

Die Struktur des SNARE-Synaptotagmin-1-Komplexes bildet den Rahmen für ein besseres Verständnis des Systems.

Die neue Struktur hat unerwartete Schnittstellen zwischen Synaptotagmin-1 und dem neuronalen SNARE-Komplex identifiziert, die eine neue Denkschule über ihre Interaktion eröffneten, indem sie in atomaren Details genau enthüllten, wo sie miteinander verbunden sind.

Das Team weiß, was sie studiert haben, ist nur eine Teilmenge. Sie sind sich bewusst, dass es viele andere Faktoren gibt, die mit diesem System interagieren, und sie sind bestrebt, mehr über sie zu verstehen. Das Team freut sich auf zukünftige Studien, um andere Proteininteraktionen zu untersuchen, die für die Neurotransmitterfreisetzung relevant sind. Am Ende des Tunnels ist Licht, aber es ist der nächste Tunnel, der sie fasziniert.