Ученые только что обнаружили, что основные посредники, контролирующие «контур страха» мозга, не такие, как мы думали. Новые методы, примененные на живых мышах, показывают, что основную роль в нашей реакции на опасность играют молекулы, называемые нейропептидами, а не нейротрансмиттерами.
Когда вы случайно касаетесь кастрюли на плите или касаетесь горячего утюга, вы рефлекторно отстраняетесь с чувством боли и внезапного чувства опасности. Это происходит потому, что болевые рецепторы в ваших руках посылают сигнал через спинной мозг и ствол мозга, где определенная группа нейронов затем посылает эти сигналы в мозговой центр страха, миндалевидное тело. Это запускает эмоциональную реакцию страха , которая в данном случае помогает нам помнить о необходимости избегать прикосновения к горячим поверхностям, — но этот механизм, управляемый страхом, также вступает в игру во многих других сценариях.
Наша способность реагировать на и создавать воспоминание об угрозе после боли возникает быстро, и это важный механизм выживания. Но при таких расстройствах, как посттравматическое стрессовое расстройство и сильная тревожность, эта реакция на страх и угрозу может выйти из-под контроля.
Существующие методы лечения этих расстройств лишь отчасти эффективны в лечении симптомов и в основном сосредоточены на настройке молекул, известных как «быстродействующие нейротрансмиттеры». Эти сверхбыстрые химические посланники обычно считаются ретрансляторами быстрых реакций, таких как боль, страх и избегание опасности. Но недавнее исследование, опубликованное в журнале Cell, ставит это под сомнение.
Сун Хан, преподаватель Института Солка, и его коллеги выдвинули гипотезу, что другие молекулы могут быть вовлечены в быстрые реакции страха — в частности, они указали на более медленно действующие молекулы, называемые нейропептидами. Но надлежащих инструментов для изучения этих молекул не существовало.
Для своего исследования ученые разработали новую систему для идентификации и модуляции нейропептидов у живых мышей и обнаружили, что именно эти медленно действующие молекулы, а не быстродействующие нейротрансмиттеры, играют основную роль в цепи реакции страха.
Информация из окружающей среды поступает в наш мозг через нейроны , которые действуют как цепи, направляя сигнал туда, куда ему нужно. Сигнал передается, когда один нейрон посылает молекулы, такие как нейротрансмиттеры или нейропептиды, следующему нейрону в очереди. Быстродействующие нейротрансмиттеры высвобождаются в небольших количествах и могут быстро связываться и открывать ионные каналы другого нейрона — туннели, которые позволяют заряженным частицам проходить в клетку и из нее. Эта цепная реакция изменяет химию клетки и в конечном итоге передает сигнал следующему нейрону.
В отличие от нейротрансмиттеров, медленно действующие нейропептиды высвобождаются в более крупных упаковках — называемых большими плотными везикулами ядра (LDCV) — и связываются со специфическим рецептором на соседнем нейроне. Это запускает каскад ферментативной активности, который запускает всплеск генной активности.
По словам Хана, многие полагают, что эти медленные нейропептиды играют роль только в модуляции быстрых нейротрансмиттеров, а не в передаче сигналов сами по себе. Но Хан и его коллеги не были убеждены и считали, что молекулы играют невоспетую 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 нет инструмента, чтобы проверить эту идею», — сказал Хан. Исследователям нужно будет отслеживать высвобождение нейропептидов в клетках или в живых животных, а затем проверить, достаточно ли этих посланников для доставки информации, сказал он.
Исследователи решили эту проблему, разработав инструмент, нацеленный на LDCV, которые транспортируют нейропептиды. Они создали датчик, который определяет, когда LDCV высвобождается из клетки, а также «глушитель», который разрушает определенные нейропептиды, когда и где хотели ученые. Это позволило исследователям увидеть, что происходит в мозге, когда эти нейропептиды отсутствуют.
Использование сенсора для высвобождения LDCV в живом животном и способность подавлять нейропептиды — это новая идея, по словам доктора Роберта Эдвардса, преподавателя Калифорнийского университета в Сан-Франциско, который не принимал участия в работе. «Роль многих пептидов остается плохо изученной по сравнению с классическими передатчиками, так что это в значительной степени неизведанная территория», — сказал Эдвардс.
Используя новые инструменты, исследователи использовали лабораторных мышей, чтобы определить, какие нейропептиды высвобождались, когда грызуны испытывали различные мягкие стимулы, вызывающие реакцию страха. В одном из тестов мыши подвергались легкому удару по ногам, когда слышали определенный звук; это заставляло мышей замирать на месте, когда они слышали шум.
Команда посмотрела, что произошло, когда они заглушили несколько нейропептидов у мышей, по сравнению с тем, когда они отключили нейротрансмиттер под названием глутамат. Они были удивлены, обнаружив, что на самом деле именно нейропептиды были основными поставщиками реакции страха, а не глутамат.
Они пришли к такому выводу, поскольку отключение глутамата не оказало никакого влияния на замирающее поведение мышей. Однако отключение нейропептидов подавило это замирающее поведение на целый день.
«Мы были действительно удивлены, когда увидели, что глутамат ничего не делает», — сказал Хан. «Так что глутамат — это основная молекула 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 были упакованы в одну и ту же везикулу. Когда исследователи ингибировали все эти нейропептиды, они обнаружили, что смогли снизить реакцию страха у мышей гораздо эффективнее, чем когда они ингибировали только один. Текущие методы лечения расстройств страха и панических расстройств обычно нацелены только на один нейротрансмиттер, поэтому это может обеспечить новый путь вперед.
Хан полагает, что разработка молекул, воздействующих на несколько нейропептидных рецепторов, может привести к более эффективному лечению панического расстройства.
«Я думаю, что воздействие на медленные системы трансмиттеров, особенно на нейропептиды, для лечения тревожности, посттравматического стрессового расстройства или боли может оказаться полезным и фактически открыть новые пути для разработки лекарственных препаратов», — сказал Хан.
