Мозг и мышцы: неожиданное родство на клеточном уровне раскрывает тайны работы нервной системы
Фото: Unsplash. Автор: Stefano Bucciarelli
Помните, как в детстве нам говорили «шевели мозгами «? Оказывается, в этой фразе куда больше научной правды, чем мы думали. Учёные сделали удивительное открытие, показывающее, что наш мозг и мышцы имеют поразительно схожие механизмы передачи сигналов. И это не просто совпадение – это результат миллионов лет эволюции, создавшей универсальный механизм для разных типов клеток.
Группа исследователей под руководством Дженнифер Липпинкотт-Шварц обнаружила, что клетки мозга используют те же самые структуры для передачи сигналов, что и мышечные клетки. Как говорится, все гениальное просто – природа не стала изобретать велосипед дважды! Эйнштейн когда-то сказал, что когда он использует свой мозг, это похоже на использование мышц. Кто бы мог подумать, что великий физик окажется настолько прав?
Что же именно нашли учёные? В клетках нашего организма есть особая структура – эндоплазматический ретикулум (ЭР). Обычно он выглядит как запутанная сеть, но в дендритах (это такие отростки нервных клеток) он образует удивительно упорядоченную структуру, напоминающую лестницу. Это открытие было сделано случайно, когда исследователь Лорена Бенедетти изучала движение молекул вдоль поверхности ЭР в нейронах млекопитающих.
Самое интересное началось, когда исследователи заметили, что точно такие же «лестницы » есть и в мышечных клетках. И там, и там работает один и тот же белок – юнктофилин, который помогает ЭР контактировать с внешней мембраной клетки. Через эти контакты передаются сигналы с помощью кальция. Можно сказать, что природа создала универсальный «язык общения » для разных типов клеток нашего организма.
«Это как система ретрансляторов в телеграфе «, – объясняют учёные. – «Сигнал передается от одной точки к другой, усиливается и идет дальше «. Благодаря этому механизму наш мозг может обрабатывать информацию и формировать воспоминания. Представьте себе, что каждый раз, когда вы что-то запоминаете, в вашем мозге происходит сложный молекулярный танец, очень похожий на тот, что происходит в мышцах при движении. Для тех, кто любит простые аналогии: представьте себе систему передачи электричества в городе. Сигнал в нервной клетке, как электричество, должен дойти от окраины (дендрита) до центра (тела клетки). И как электричеству нужны трансформаторные будки для усиления сигнала, так и нервной клетке нужны эти особые контактные точки.
Особенно интересно то, что этот процесс запускается, когда нервный сигнал заставляет кальций входить в дендрит через специальные белковые каналы. Хотя первоначальный сигнал быстро затухает, он запускает высвобождение дополнительного кальция из ЭР в точке контакта. Это похоже на эффект домино – одно событие запускает целую цепочку реакций.
Это открытие может стать прорывом в понимании работы мозга и лечении таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера. Кто бы мог подумать, что путь к разгадке тайн нашего мышления лежит через изучение обычных мышц? Ученые считают, что нарушения в работе этого механизма могут быть связаны с различными неврологическими заболеваниями.
Исследование также проливает свет на механизмы синаптической пластичности – способности нервных клеток усиливать или ослаблять свои связи, что лежит в основе обучения и памяти. Теперь мы лучше понимаем, как именно наш мозг запоминает новую информацию и учится новым навыкам.
Как заметил один из исследователей: «В науке красота структуры часто указывает на её важность «. И действительно, эта элегантная «лестница » в наших нейронах оказалась ключом к пониманию работы самого сложного органа в нашем теле. Возможно, именно это открытие станет основой для создания новых методов лечения неврологических заболеваний и улучшения работы мозга.
