Ученые из Казанского института биохимии и биофизики выявили новый механизм действия гормона адреналина на передачу сигналов от нерва к мышце. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья с его итогами опубликована в журнале Cellular and Molecular Neurobiology, кратко о них рассказывается в пресс-релизе РНФ.
Сокращение мышц вызывается сигналами, идущими от нейронов спинного мозга. Импульсы от нейрона к мышечному волокну передаются с помощью нейромедиаторов — специальных веществ, которые выделяются в месте контакта между нервной и мышечной клетками. К ним относится и ацетилхолин. Ранее ученым было известно, что адреналин влияет на количество высвобождаемого ацетилхолина. В новом исследовании впервые было установлено, что дело может быть не только в количестве ацетилхолина, но и в характере его выделения. Особенности действия адреналина и его аналогов необходимо учитывать как при их уже распространенном использовании в клинике сердечных и легочных заболеваний, так и при разработке и внедрении новых лекарств для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких, как болезнь Альцгеймера.
Ацетилхолин связан не только с обеспечением двигательной активности, но и с процессами памяти, обучения и концентрации внимания. Так, при болезни Альцгеймера у больных снижается уровень ацетилхолина, при этом ухудшается память вплоть до полного разрушения личности больного. Для многих нейродегенеративных заболеваний были найдены лекарства, если не излечивающие полностью, то хотя бы поддерживающие состояние больного. Одной из групп таких веществ стали препараты на основе адреналина. Этот гормон и его аналог норадреналин, синтезируемые в организме, участвуют в ответе нервной системы на стресс, обеспечивая повышение работоспособности человека. Адреналин способен влиять на высвобождение ацетилхолина, а значит, улучшать передачу нервных сигналов, но точный механизм этого явления не известен.
Чтобы глубже понять клеточные и молекулярные механизмы влияния адреналина на процесс освобождения ацетилхолина, ученые провели эксперимент. В специальный раствор для поддержания жизнедеятельности они поместили камбаловидную мышцу задней конечности лабораторной крысы с подходящим к ней нервом. Затем они добавили адреналин и наблюдали за высвобождением ацетилхолина по изменению электрических ответов, возникающих в месте контакта между окончанием нерва и мышечной клеткой. В ответ на нервный стимул ацетилхолин выделяется в виде «пачки» от нескольких десятков до сотен маленьких порций, которые называются квантами. Если выделение этих порций происходит несинхронно, то возникающий электрический сигнал в мышце может не вызвать ее сокращение и нарушить двигательную активность. Оказалось, что под действием адреналина кванты ацетилхолина стали высвобождаться более синхронно, то есть «пачки» стали более компактными и способными генерировать в мышце электрический ответ большей амплитуды, который легче вызовет сокращение мышцы. Так как степень синхронности выделения квантов ацетилхолина зависит от количества ионов кальция, входящих в нервное окончание из внеклеточной среды, то можно предположить, что действие адреналина, приводящее к облегчению передачи сигнала от нерва к мышце, связано с изменением внутриклеточных кальций-зависимых процессов.
«Наша лаборатория занимается изучением процессов, происходящих в системе "двигательный нерв/мышца". Проведенные нами исследования показали, что эффективность, направленность и механизмы действия адреналина и норадреналина зависят от вида животного, типа мышцы и ее функциональной активности. Это может быть связано с существованием разных типов рецепторов, которые связывают адреналин и норадреналин, и разными процессами, которые развиваются в живой клетке после активации этих рецепторов», — объясняет профессор Элля Бухараева, ведущий научный сотрудник лаборатории биофизики синаптических процессов Казанского института биохимии и биофизики Федерального исследовательского центра Российской Академии наук.
