Появившись на этой неделе в Интернете в журнале Nature Chemical Biology, исследователи описывают использование крошечных «огней» и химических «поводков», чтобы раскрыть, как контролируется кальций.Электрические сигналы, передаваемые свободно плавающими ионами кальция, «чрезвычайно важны для поддержания ежесекундных функций организма», — говорит Дэвид Юэ, доктор медицинских наук, профессор биомедицинской инженерии и нейробиологии в Университете Джонса Хопкинса. .Юэ, возглавлявший исследовательскую группу аспирантов Филимона Янга и Ману Бен Джонни, объясняет, что большие белки, называемые кальциевыми каналами, являются привратниками, которые определяют, когда кальций попадает в клетки. Эти каналы, встроенные в клеточные мембраны, открываются и закрываются, регулируя приток кальция в клетку.
Когда кальций попадает в клетки, он запускает каскад жизнедеятельности, но должно поступать ровно нужное количество кальция, иначе возникнут проблемы.Для достижения этого баланса два химических регулятора связываются с кальциевыми каналами в качестве тормоза и ускорителя поступления кальция. Кальмодулин, один из типов белка, связывающего кальциевые каналы, останавливает прохождение кальция через него, в то время как другие белки, известные как кальций-Юэ, возглавлявший исследовательскую группу аспирантов Филимона Янга и Ману Бен Джони, объясняет, что большие белки, называемые кальциевыми каналами, являются привратники, которые определяют, когда кальций попадает в клетки.Эти каналы, встроенные в клеточные мембраны, открываются и закрываются, регулируя поступление кальция в клетку.
Когда кальций попадает в клетки, он запускает каскад жизнедеятельности, но должно поступать ровно нужное количество кальция, иначе возникнут проблемы. Для достижения этого баланса два химических регулятора связываются с кальциевыми каналами в качестве тормоза и ускорителя поступления кальция.
Кальмодулин, один из типов белка, связывающего кальциевые каналы, останавливает прохождение кальция через него, в то время как другие белки, известные как кальций-связывающие белки, ускоряют поступление кальция.В своем исследовании Юэ и его коллеги изучили определенные кальциевые каналы, встроенные в мембраны нервных клеток в головном мозге, чтобы увидеть, как кальмодулин и CaBP4, определенный кальций-связывающий белок, захватываются этими каналами.Они подстроили шансы в пользу связывания кальмодулина с помощью генной инженерии кальциевых каналов, которые были привязаны к кальмодулину короткой гибкой цепочкой аминокислот.
Но, к их удивлению, говорит Юэ, кальций-связывающие белки прилипали к кальциевым каналам в одно и то же время, предполагая, что у каждого регулятора есть свое собственное место для парковки на канале, тогда как предыдущие теории предполагали одно пространство.Для дальнейшего изучения взаимосвязи между этими регуляторами кальция ученые использовали маркеры, которые светятся разными цветами, и прикрепили их к кальциевым каналам, кальмодулину и CaBP4.
Когда две молекулы сцепились вместе, цвет изменился. Измеряя изменения цвета, исследователи могли определить, какие молекулы связаны друг с другом.В своем исследовании Юэ и его коллеги изучили определенные кальциевые каналы, встроенные в мембраны нервных клеток в головном мозге, чтобы увидеть, как кальмодулин и CaBP4, определенный кальций-связывающий белок, захватываются этими каналами.
Они подстроили шансы в пользу связывания кальмодулина с помощью генной инженерии кальциевых каналов, которые были привязаны к кальмодулину короткой гибкой цепочкой аминокислот. Но, к их удивлению, говорит Юэ, кальций-связывающие белки прилипали к кальциевым каналам в одно и то же время, предполагая, что у каждого регулятора есть свое собственное место для парковки на канале, тогда как предыдущие теории предполагали одно пространство.Чтобы дополнительно изучить взаимосвязь между этими регуляторами кальция, ученые использовали маркеры, которые светятся разными цветами, и прикрепили их к кальциевым каналам, кальмодулину и CaBP4. Когда две молекулы сцепились вместе, цвет изменился.
Измеряя изменения цвета, исследователи могли определить, какие молекулы связаны друг с другом.«Наши эксперименты установили, что кальмодулин и кальций-связывающие белки работают, связываясь с отдельными частями кальциевого канала», — говорит Юэ. «В более общем плане мы смогли исследовать, как большие молекулы, подобные этим, функционируют в живых клетках».«Световое шоу в прямом эфире», разрешенное с помощью световых маркеров, должно помочь ученым в разработке новых лекарств, нацеленных на кальциевые каналы, добавляет Юэ. Некоторые такие лекарства уже существуют, в том числе блокаторы кальциевых каналов, которые снижают артериальное давление, воздействуя на определенный вид кальциевых каналов, обнаруженных в кровеносных сосудах.
По словам Юэ, блокирование кальциевых каналов может помочь и при других заболеваниях. Например, исследователи обнаружили, что избыток кальция в определенных частях мозга может вызывать некоторые нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Паркинсона.
Блокирование кальциевых каналов, обнаруженных в этих проблемных точках — типа кальциевых каналов в исследовании Юэ — может быть способом борьбы с изнурительным заболеванием мозга.