U deliću sekunde dok slučajno dodirnete vrelu dršku tiganja od livenog gvožđa, naviru bol i osećaj opasnosti. Senzorni signali putuju od receptora za bol u vašem prstu, kroz kičmenu moždinu i do vašeg moždanog stabla. Jednom tamo, posebna grupa neurona prenosi te signale bola u više područje mozga koje se zove amigdala, gde pokreću vaš emocionalni odgovor na strah i pomažu vam da zapamtite da izbegavate vruće tiganje u budućnosti.
Ovaj proces prevođenja bola u pamćenje pretnji dešava se tako brzo da su naučnici mislili da mora biti posredovan molekulima brzog dejstva koji se nazivaju neurotransmiteri. Ali kada su Salkovi istraživači istraživali ulogu većih, sporije delujućih molekula zvanih neuropeptidi, otkrili su da su to primarni glasnici u ovom krugu straha.
Poznato je da neuropeptidi igraju važnu ulogu u komunikaciji mozga, ali detalji su bili nejasni jer naučnici nisu imali odgovarajuće alate da ih proučavaju u ponašanju životinja. Da bi se utvrdila uloga neuropeptida u ovom krugu, Salkov tim je kreirao dva nova alata koji konačno omogućavaju naučnicima da posmatraju i manipulišu oslobađanjem neuropeptida u mozgu živih miševa.
Nova studija, objavljena u Cell 22. jula 2024, otkrila je da se krug opasnosti oslanja na neuropeptide, a ne neurotransmitere, kao svoje primarne glasnike, i da je više od jednog neuropeptida uključeno u proces. Njihova otkrića mogu dovesti do razvoja efikasnijih lekova protiv bolova ili novih tretmana za stanja povezana sa strahom kao što su anksioznost i PTSP (posttraumatski stresni poremećaj).
„Toliko je toga ostalo da otkrijemo o neuropeptidima, ali na sreću u Salku, imamo zaostavštinu rada dobitnika Nobelove nagrade Rodžera Gilemina da istaknemo njihov značaj i podstaknemo naše otkriće“, kaže stariji autor Sung Han, vanredni profesor i Pionirski fond Katedra za razvoj u Salku. „Da bismo to uradili, kreirali smo dva genetski kodirana alata za praćenje i utišavanje oslobađanja neuropeptida iz nervnih završetaka. Verujemo da će ovi novi alati značajno unaprediti polje istraživanja neuropeptida, a naše otkriće njihove uloge u procesuiranju straha je zaista samo početak. “
Da bismo obradili i reagovali na stvari u našem okruženju, informacije moraju da putuju kroz naše telo i mozak. Ove signale šalju i primaju neuroni, koji formiraju organizovana kola koja vode informacije gde treba da idu. Neuroni komuniciraju jedni sa drugima tako što šalju i primaju molekule poput neurotransmitera i neuropeptida.
Neuropeptidi su generalno prihvaćeni kao neuromodulatori koji pomažu i moduliraju delovanje glavnih neurotransmitera. Međutim, rani pioniri poput Rogera Guillemina su predložili da neuropeptidi mogu sami delovati kao glavni prenosioci. Ovaj koncept nije rigorozno testiran zbog nedostatka alata za vizuelizaciju i manipulisanje njihovim oslobađanjem kod životinja koje se ponašaju. Salkov tim je krenuo da istražuje neuropeptide sa ciljem da razvije nove alate za bolje razumevanje njihove uloge u moždanim krugovima.
Da bi specifično ciljao neuropeptide, Hanov tim je iskoristio jednu od njihovih jedinstvenih karakteristika – dok su neurotransmiteri upakovani u male sfere zvane sinaptičke vezikule, neuropeptidi su upakovani u velike vezikule gustog jezgra. Konstruišući biohemijske alate za ciljanje ovih velikih vezikula, stvorili su neuropeptidni senzor i alate za prigušivanje. Senzor označava velike vezikule gustog jezgra sa proteinima koji sijaju kada se oslobode iz nervnog završetka, omogućavajući istraživačima da posmatraju oslobađanje neuropeptida u živom vremenu. Prigušivač specifično razgrađuje neuropeptide unutar velikih vezikula gustog jezgra, otkrivajući šta se dešava u mozgu kada su neuropeptidi odsutni.
„Stvorili smo novi način praćenja putovanja i funkcionisanja neuropeptida u mozgu živih životinja“, kaže Dong-Il Kim, prvi autor studije i postdoktorski istraživač u Hanovoj laboratoriji. „Ovi alati će pomoći u daljem razumevanju neuropeptidnih kola mozga i omogućiti neuronaučnicima da istraže pitanja koja su ranije bila teška za rešavanje.“
Koristeći svoj novorazvijeni neuropeptidni senzor i prigušivač, zajedno sa postojećim senzorima i prigušivačima za glutamat (najzastupljeniji neurotransmiter u mozgu), istraživači su pogledali kako se neuropeptidi i glutamat ponašaju kod živih miševa dok su iskusili blagi stimulus — taman dovoljno da stimulišu kolo straha. Otkrili su da se tokom stimulusa oslobađaju neuropeptidi, ali ne i glutamat. Štaviše, utišavanje oslobađanja neuropeptida smanjilo je ponašanje straha kod miševa, ali utišavanje glutamata nije imalo efekta.
Na Hanovo iznenađenje i oduševljenje, ovo kolo straha moždanog stabla oslanjalo se na neuropeptide kao svoje primarne molekule glasnika, a ne na glutamat. Štaviše, njihovi nalazi podržavaju njihovu tekuću istragu o PACAP-u — neuropeptidu koji modulira panični poremećaj.
„Ovi novi alati i otkrića su važan korak ka boljem razvoju neuroloških lekova“, kaže Han. „Otkrili smo da je više neuropeptida upakovano zajedno u jednu vezikulu i otpušteno odjednom bolnim stimulansom da funkcioniše u ovom krugu straha, što nas je navelo da pomislimo: ‘Ovo je možda razlog zašto neki lekovi koji ciljaju samo jedan neuropeptid ne uspevaju u kliničkoj praksi. suđenja.’ Sa ovim novim informacijama, možemo dati uvid u razvoj novih lekova koji ciljaju više neuropeptidnih receptora odjednom, koji mogu poslužiti kao bolji lekovi protiv bolova ili pomoći u lečenju poremećaja povezanih sa strahom kao što je PTSP.“
Opremljen novom kutijom alata za neuropeptide, tim će uskoro početi da istražuje druge moždane krugove i procese. Budući uvidi u neuropeptidnu signalizaciju u drugim oblastima mozga, kao i novostečeno razumevanje da je ciljanje više neuropeptida odjednom neophodno, trebalo bi da inspiriše razvoj efikasnijih lekova za lečenje različitih neuroloških poremećaja.
