Neurovidenskabsstudiet afslører, at der kan være en afbryder til hjernebeslag

Hjernen er et præcisionsinstrument. Dens funktion afhænger af finkalibreret elektrisk aktivitet, der udløser frigivelsen af ​​kemiske meddelelser mellem neuroner.

Men nogle gange er hjernens omhyggelige balance slået ude af kontrol, som i epilepsi. Electroencephalography, eller EEG, visualiserer en hjernes elektriske aktivitet og kan afsløre, hvordan et epileptisk anfald afviger fra det forudsigelige bølge mønster af typisk hjerneaktivitet.

Men medicin mangler stadig en løsning på epilepsi. Der er begrænset mulighed for at forudsige et anfald, og ingen måde at gribe ind, selv når du kan forudsige. Selv om lægemidler er tilgængelige for personer, der beskæftiger sig med epilepsi, er de fyldt med bivirkninger, og de virker ikke for alle.

At arbejde på et problem i mit neurovidenskabslaboratorium, når jeg stopper med at forestille mig, hvor skræmmende det kunne være at leve med en hjerne uden kontrol på denne måde, motiverer det mig virkelig. Kunne der være en måde at gribe tilbage kontrol af disse neuroner væk rogue? Jeg har fokuseret på, hvordan et bestemt rum inden for hver hjernecelle kan hjælpe os med at gøre netop det.

En Override Switch for Brain Activity

Lige siden jeg var en bachelorstuderende, har jeg været fascineret af en del af neuronen kaldet axon-initialsegmentet. Hver neuron indeholder dette lille rum. Det er her, hvor en neuron "beslutter" for at slukke et elektrisk signal og sende en kemisk besked til den næste celle.

Der er specialiserede forbindelser her, der kan udøve kraftig kontrol; de kan tilsidesætte cellens egen "beslutning" om affyring. Denne kontrolmekanisme eksisterer for at organisere eller mønstre hjernens aktivitet - et krav til meget af vores adfærd.

For eksempel, for at falde i søvn, skal din hjerneaktivitet svinge ned i en langsom oscillation. I modsætning hertil kræver skarp koncentration på et problem mønsteret at samle op, hvilket fremkalder en hurtig oscillation. En manglende evne til at producere og regulere disse mønstre af hjerneaktivitet har været relateret til mange forstyrrelser i hjernen.

Når axon-indledende segmenter af talrige neuroner alle modtager et lydsignal på samme tid, resulterer det i et træk i EEG-bølge mønsteret. Det betyder, at det bestemmer hjernens aktivitet, noget der under normale forhold ville være nyttigt, når man flytter mellem afslappede vågen og sovende tilstande.

Hvis forskere kunne udnytte kraften i disse hæmmende forbindelser, kunne vi potentielt nulstille hjernens aktivitetsmønster, når vi vil. Det kan være en måde at ødelægge rygkontrol i en epileptisk hjerne.

Molekyler, der formidler meddelelsen

For at begynde at forstå, hvordan man regulerer denne kraft i axon-initialsegmentet, havde mine kolleger og jeg først brug for at forstå de molekylære partnerskaber ved disse forbindelser. For inhibering skal være effektiv ved akson-initialsegmentet, skal der være det rette udstyr til rådighed for at modtage signalet. I tilfælde af hæmning i hjernen er dette udstyr GABA A-receptoren.

Med samarbejdspartnere Hans Maric og Hermann Schindelin identificerede vi et tæt og eksklusivt partnerskab mellem to proteiner - GABA A receptor α2 subunit og collybistin. At finde ud af det tætte forhold mellem disse to molekyler besvarer nogle åbne spørgsmål om, hvordan proteiner på hæmmende kontaktsteder kan interagere. Vi vidste, at GABA A receptor α2-underenheden findes i axon-initialsegmentet, men forskere forstod ikke, hvordan det kommer der eller bliver holdt der. Collybistin kunne være nøglen.

Så nu tænkte vi på, at disse to proteiner kunne arbejde sammen i aksonets første segment. For at tage det videre, ville min postdoktorale mentor Stephen Moss og jeg forstå, hvilke konsekvenser dette kunne have for forbindelser på axonets første segment, og i sidste ende hvordan hjernen virker. For at forsøge at finde ud af det, skabte vi en genetisk mutation, der resulterede i, at de to proteiner ikke kunne forbinde.

Neuroner af mus med denne mutation tabte faktisk hæmmende forbindelser på akson-initialsegmentet. Inhibitoriske forbindelser til andre dele af hjerneceller forblev intakte, hvilket igen understøtter ideen om, at dette proteinpartnerskab er eksklusivt og specielt vigtigt ved akson-initialsegmentet.

Mus med denne mutation oplever anfald under udvikling. Når de vokser til voksne, viser disse mus ikke længere adfærdsmæssige tegn på anfald. I nogle former for pædiatrisk epilepsi kan børnene også "vokse" deres anfald. Så denne mutation er ekstremt værdifuld til at give en mulig model til human pediatrisk epilepsi. Vi håber, at det kan hjælpe os med at forstå klarere hvad der sker i hjernen under epilepsi, og også at designe og afprøve bedre terapier, som den selektive forbindelse udviklet af AstraZeneca, hvis forskere også har bidraget til dette projekt.

Et kvantitativt men tidligt trin

Neuroscientists har længe spekuleret om partnerskabet mellem GABA A-receptoren og collybistin. Nu er vores resultater, der for nylig blev offentliggjort i Naturkommunikation, definere det kvantitativt.

Mens vi kender GABA A-receptorer - som reagerer på den neurotransmittere GABA-kontrol-hæmmende signalering, er vi stadig ved at finde ud af, hvordan det hele virker. GABA signalering er forskelligartet, med forskellige forbindelsestyper, der udøver særskilt kontrol over cellebrænding - noget andet, vi skal arbejde for at forstå. Og dysfunktion i GABA-signalering er også involveret i en række andre lidelser i hjernen, ud over epilepsi.

Det ultimative mål med denne forskning er at designe behandlinger, der muligvis kan styre hæmmende forbindelser i axon-initialsegmentet. Vi vil gerne være ansvarlig for den omskifter, der er i stand til at slukke for den udefra kommende neuralfyring, der ses under et epileptisk anfald.

Jeg forestiller mig livet med epilepsi, og jeg forestiller mig også livet uden det.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation by Rochelle Hines. Læs den oprindelige artikel her.