Учёные обнаружили, что первичные мессенджеры, контролирующие «цепь страха» мозга, не такие, как мы думали.
Когда вы случайно прикасаетесь к сковороде на плите или задеваете раскалённый утюг, вы рефлекторно отстраняетесь с чувством боли и внезапным ощущением опасности. Это связано с тем, что болевые рецепторы в ваших руках посылают сигнал через спинной мозг и ствол мозга, где определённая группа нейронов затем отправляет эти сигналы в центр страха мозга, миндалевидное тело. Это запускает эмоциональную реакцию страха, которая в данном случае помогает нам не прикасаться к горячим поверхностям, но этот механизм, движимый страхом, включается и во многих других сценариях.
Наша способность реагировать на боль и создавать воспоминания об угрозе после боли возникает быстро, и это важный механизм выживания. Но при таких расстройствах, как посттравматическое стрессовое расстройство и сильная тревога, эта реакция страха и угрозы может выходить из строя.
Существующие методы лечения этих расстройств лишь частично эффективны при лечении симптомов и в основном сосредоточены на настройке молекул, известных как «быстродействующие нейромедиаторы». Эти сверхбыстрые химические мессенджеры обычно считаются носителями быстрых реакций, таких как боль, страх и избегание опасности. Но недавнее исследование, опубликованное 22 июля в журнале Cell, ставит это под сомнение.
Сун Хан (Sung Han), преподаватель Института Солка, и его коллеги выдвинули гипотезу, что в быстрой реакции страха могут участвовать и другие молекулы — в частности, они указали на более медленно действующие молекулы, называемые нейропептидами. Но подходящих инструментов для изучения этих молекул не существовало.
Для своего исследования учёные разработали новую систему для идентификации и модуляции нейропептидов у живых мышей и обнаружили, что именно эти медленно действующие молекулы, а не быстродействующие нейромедиаторы, играют основную роль в цепи реакции страха.
Реакция на угрозу — это не то, что мы думали
Информация из окружающей среды поступает в наш мозг через нейроны, которые действуют как цепи, направляя сигнал туда, где он нужен. Сигнал передаётся, когда один нейрон посылает молекулы, такие как нейромедиаторы или нейропептиды, к следующему нейрону в очереди. Нейромедиаторы быстрого действия высвобождаются в небольших упаковках и могут быстро связываться и открывать ионные каналы другого нейрона — туннели, которые позволяют заряженным частицам проходить внутрь и наружу клетки. Эта цепная реакция меняет химический состав клетки и в конечном итоге передаёт сигнал следующему нейрону.
В отличие от нейромедиаторов, нейропептиды медленного действия высвобождаются в более крупных упаковках — так называемых крупных везикулах с плотным ядром (LDCV) — и связываются со специфическим рецептором на соседнем нейроне. Это запускает каскад активности ферментов, который вызывает всплеск активности генов.
По словам Хана, многие считают, что эти медленные нейропептиды играют роль только в модуляции быстрых нейромедиаторов, а сами по себе не участвуют в передаче сигналов. Однако Хан и его коллеги были не убеждены в этом и верили, что эти молекулы играют хоть и незаметную, но важную роль в передаче сообщений через нервную систему.
Они хотели проверить, могут ли нейропептиды действовать как первичные нейромедиаторы, а также определить, какие из них участвуют в реакции страха.
«Но не существует инструмента для проверки этой идеи», — рассказал Хан Live Science.
По его словам, исследователям необходимо отслеживать высвобождение нейропептидов в клетках или живых организмах и затем проверять, достаточно ли этих мессенджеров для передачи информации.
Исследователи решили эту проблему, разработав инструмент, нацеленный на LDCV, транспортирующие нейропептиды. Они создали датчик, определяющий высвобождение LDCV из клетки, а также «глушитель», который разрушает определенные нейропептиды по желанию учёных. Это позволило исследователям увидеть, что происходит в мозге, когда эти нейропептиды отсутствуют.
По словам доктора Роберта Эдвардса (Robert Edwards), преподавателя Калифорнийского университета в Сан-Франциско, который не участвовал в работе, использование сенсора для высвобождения LDCV у живого животного и способности подавлять нейропептиды является новой идеей.
«Роль многих пептидов по сравнению с классическими трансмиттерами остаётся плохо изученной, поэтому это в значительной степени неизведанная территория», — сказал Эдвардс.
Используя свои новые инструменты, исследователи использовали лабораторных мышей, чтобы определить, какие нейропептиды высвобождаются, когда грызуны испытывают различные лёгкие раздражители, вызывающие реакцию страха. В одном из тестов мышам наносили лёгкий электрический удар по лапкам при звуке определённого сигнала; это приводило к тому, что мыши замирали при повторном звучании сигнала.
Команда изучала, что происходит, когда они подавляли несколько нейропептидов у мышей, по сравнению с отключением нейромедиатора глутамата. Они были удивлены, обнаружив, что именно нейропептиды, а не глутамат, играли главную роль в реакции страха.
Они пришли к этому выводу, потому что отключение глутамата не повлияло на поведение мышей, выраженное в замирании от страха. Однако отключение нейропептидов подавляло это поведение на целый день.
«Это было действительно удивительно, когда мы обнаружили, что глутамат ничего не делает, — сказал Хан. — Глутамат является основной молекулой для нейронной коммуникации. Но, по крайней мере, в нашем случае глутамат ничего не делает с точки зрения передачи информации об угрозе в миндалевидное тело.»
Исследователи также обнаружили, что несколько нейропептидов упакованы в одну и ту же везикулу. Когда они ингибировали все эти нейропептиды, то смогли значительно снизить реакцию страха у мышей по сравнению с ингибированием только одного нейропептида. Современные методы лечения страха и панических расстройств обычно нацелены только на один нейротрансмиттер, поэтому это может открыть новый путь для терапии.
Хан считает, что разработка молекул, нацеленных на несколько рецепторов нейропептидов, может привести к более эффективным методам лечения панических расстройств.
«Нацеливание на системы медленных передатчиков, особенно нейропептиды, для лечения тревоги, посттравматического стрессового расстройства или боли, по моему мнению, может быть полезным и действительно открыть новые направления для разработки лекарств», — сказал Хан.
