Биофизики Cornell и Harvard университетов разработали специальную технику визуализации, при помощи которой возможно изучать пути развития и способы восстановления нервных клеток, а также ответить на вопрос - как и почему развивается болезнь Альцгеймера.

Уже достаточно давно было выдвинуто предположение о том, что деятельность клеток, от одноклеточных организмов до нейронов мозга, организована динамически изменяющимися "строительными лесами", называемыми цитоскелетом, основными составляющими которого являются микротрубочки.

Микротрубочки (MT) представляют собой полые цилиндры примерно 25 нанометров в диаметре,

Кристаллографическая структура микротрубочек.

образованные полимерной гексагональной решеткой из протеина тубулина. Полимеризация мономеров тубулина идет легче на плюс-, чем на минус-конце МТ, поэтому говорят о их полярности. Микротрубочки важны для поддержания формы клетки, ее функционирования, движения и деления. Система микротрубочек в большинстве клеток строго централизована, и часто имеется лишь 1-2 центра полимеризации на всю клетку. Эти центры организации микротрубочек (ЦОМТ) хорошо видны не только под электронным, но и под световым микроскопом. Практически все микротрубочки в клетках растут из этих центров плюс-концами к периферии, поэтому системы микротрубочек часто имеют вид звезды. Наиболее распространенные варианты ЦОМТ - центросомы, из которых растет митотическое веретено и "звезды" микротрубочек во многих клетках, а также базальные тельца, из которых растут микротрубочки жгутиков и ресничек. Замечательное свойство этих центров состоит в том, что они способны репродуцироваться: новый центр вырастает рядом со старым, а затем "материнский" и дочерний центры расходятся. Очень долго в этих центрах пытались обнаружить ДНК, однако безуспешно. Удвоение центров происходит, видимо, по механизму, отличному от удвоения ДНК, хотя точно это пока не доказано.

В нейронах микротрубочки самоорганизуются и помогают поддерживать структуру аксонов, дендритов,

Схематическое изображение двух нейронов, связанных химическим синапсом. Окончание аксона (сверху) освобождает пузырек нейротрансммиттера, который связывается рецепторами на пост-синаптической мембране дендрита. Внутри нейронов видны структурные микротрубочки цитоскелета (жирные линии), белки актин, синапсин и другие, которые связывают микротрубочки с мембранами. MT-ассоциированные протеины ("MAPs") связывают микротрубочки между собой.

синаптических связей. Также они участвуют в регуляции синаптической активности, ответственной в том числе за функции обучения и восприятия. Микротрубочки взаимодействуют с мембранными структурами механически - через связывающие протеины, химически - через ионы и сигналы "вторых посредников", и электрически - через поля напряженности. Но что будет, если полярность микротрубочек будет изменена? Ученые уверены, что такие процессы внесут изменения в развитие нейронов и образование путей, по которым распространяется нервный импульс.

С развитием нового метода визуализации, основанного на физическом эффекте генерации второй гармоники, исследователи получили возможность наблюдать за жизнью клеток in vivo (в живой клетке или организме).

В обычной жизни мы часто сталкиваемся с этим феноменом. Например, иногда при игре на гитаре ее корпус может резонировать и воспроизводить тон с частотой вдвое выше основного тона или вторую гармонику. То же самое может происходить и со световыми волнами, хотя об этом никто не знал, пока не были изобретены лазеры. Как оказалось, при облучении лазером клетки с микротрубочками с обычной полярностью генерируют вторую гармонику на половине длины волны возбуждающего света, а если полярность МТ смешанная - генерация не наблюдается. Поэтому клеточные структуры, имеющие микротрубочки с обычной полярностью, при их облучении лазером будут светиться, в отличие от тех, в состав которых входят микротрубочки с измененной полярностью.

Разработанный метод поможет исследователям наблюдать за изменениями полярности в микротрубочках, показывая тем самым где и когда происходят деструктивные процессы, влияющие на умственные способности, в частности у людей с болезнью Альцгеймера.

Источник новости: Bio.com

Пересказал В. Цыганков