Forscher an der University of Pennsylvania School of Medicine haben entdeckt, dass der Mechanismus erleichtert, wie zwei Ionenkanäle Zusammenarbeit bei der Kontrolle von elektrischen Signalen im Gehirn. Die Ermittler zeigten, dass die Kanäle verankert wurden um ein Drittel Protein an zentralen Orten auf der Nervenzelle Oberfläche, die es ihnen gestatten, arbeiten zusammen, um das Timing und Muster von Nervenimpulsen. Sie stellte außerdem fest, dass dieser Kanal Partnerschaft Mechanismus ist in allen Wirbeltieren, aber es fehlt in Wirbellosen, was darauf hindeutet, dass die Kopplung dieser Kanäle Mai werden von wesentlicher Bedeutung für die Fähigkeiten von höheren Wirbeltieren Gehirn. Die Aufklärung dieses neuartige Interaktion sollten Beihilfen Bemühungen um die Entwicklung neuer Behandlungen für epileptische Anfälle, Schmerzen, Muskel-und abnorme Bewegungen. Sie berichten ihre Ergebnisse in der Deckung der Artikel des 8. März Ausgabe des Journal of Neuroscience.
Natrium und Kalium sind Salz-Moleküle (oder Ionen) gefunden ganzen Körper. Zellen extra Kalium-Pumpe in ihrer Inneneinrichtungen, Pumpe und extra Natrium aus der Umgebung Flüssigkeit. Elektrische Impulse in Neuronen, die erstellt werden, wenn diese Ionen sind erlaubt, um wieder an ihren ursprünglichen Standorten, indem sie rasch durch Kanäle in Nervenzellen "äußeren Membranen. Nervenzellen besitzen wie Draht-Erweiterungen, genannt Axone, die Einleitung diese Impulse und führen sie von einer Zelle zur nächsten.
Penn's Edward Cooper, MD, PhD, Assistant Professor für Neurologie und Kollegen, auf Null in zwei wichtigen Regionen der Nerven-Axone - die ersten Segment, wo jeder Impuls beginnt, und die Knoten der Ranvier, abgelegenen Stationen Abstand entlang der Axon, wo der Impuls erhält eine wesentliche elektrische Impuls - auf die Suche nach der Verankerung. Nervenimpulse beginnen nach spannenden Eingänge sind von der Nervenzelle - entweder aus der Umwelt oder von anderen Nervenzellen im Körper. Sobald ausreichende Eingangssignale haben Stückzinsen, die Bewegung von Natrium in die Zelle wird ein Nerven-Impuls auf der Axon ersten Segment. Als Reaktion auf diese Tätigkeit, Kalium-Kanäle öffnen, die die Hin-Bewegung von Kalium-Ionen.
"Die Natrium-Kanal-Eröffnung am Anfang eines Nerven-Impuls ist wie die Freigabe einer komprimierten Frühjahr", erklärt Cooper. "Ohne andere Einflüsse, gibt es eine Tendenz zu halten reverberating, was zu zusätzlichen, unerwünschte Nervenimpulse."
Kalium-Kanäle haben einen beruhigenden Einfluss auf die Nerven. "Kalium-Kanäle funktionieren wie Stoßdämpfer, der Besitz zurück Natrium-Kanal-Aktivität für einen Zeitraum nach jeder Nerv Impuls," Cooper weiter. Tatsächlich, einige Patienten haben Mutationen in Kalium-Kanäle, die Abnahme dieser Kontrolle, was zu übermäßigen Nerven Feuern manifestiert wie epileptische Anfälle und unkontrollierte Muskelbewegungen genannt myokymia und Ataxie.
Die effiziente und schnelle Passage der Nervenimpulse entlang Axone wird durch die Anwesenheit eines Isolier-Abdeckung, bekannt als Myelin, die behauptet, die elektrische Aktivität entlang der gesamten Länge der Axon. Die Nerven-Impuls ist in der Lage, überspringen in der gesamten unmyelinated Regionen der Axon auf den Knoten der Ranvier, mit Hilfe von Natrium-und Kalium-Kanäle.
"Jeder Nerv Impuls erhält eine gewaltige Arbeitserleichterung aus dem Zustrom von zusätzlichen Natrium-Ionen an diesen Knoten, so dass das Signal zu vermehrten, um zur nächsten myelinated Region der Axon", so Cooper.
In einer Reihe von chemischen Tests auf die Kalium-Kanäle auf dem Axon erste Segment und die Knoten der Ranvier, die Forschungs-Team war in der Lage, einen molekularen Motiv, wodurch beide Arten Kanal einen Link auf ein Protein namens ankyrin-G. Ankyrin-G, die wiederum bindet eng an die Nervenzelle's Zytoskeletts, um die Kanäle "Stabilisierung auf dem ersten Segment. Die chemische Motiv, die in der Kalium-Kanäle war fast identisch mit dem zuvor entdeckten in Natrium-Kanäle, aufschlussreich, dass die Kalium-und Natrium-Kanäle Verbindung zu den ankyrin-G-Protein in ähnlicher Form.
"Die ankyrin-G-Interaktion mit Kalium-und Natrium-Kanäle wird ein einzigartiger Domain der Zelle für die Einleitung des Nerven-Impuls und für die Ankurbelung der Impuls über den Knoten der Ranvier", erklärt Cooper.
Ein Vergleich von mehreren Wirbeltieren und wirbellosen Kanäle führte zu der Entdeckung, dass die ankyrin-G Interaktion ist nur in Wirbeltierarten. Die chemische Motiv in Wirbeltieren nicht existierte in der Kalium-Kanäle oder Natrium-Kanäle von Wirbellosen. Dieser Vergleich führte Cooper und Kollegen zu erkennen, dass die evolutionäre Trennung zwischen Wirbeltieren und Wirbellosen, wie von diesem Unterschied in der Gestaltung der Natrium-und Kalium-Kanäle entlang Neuronen, während eine ähnliche Periode, in evolutionären Geschichte, wie das Aussehen von Myelin.
"Myelinisierung und die Kopplung von axonale Natrium-und Kalium-Kanäle sind grundlegende Verbesserungen in das Nervensystem, und diese Veränderungen sind wahrscheinlich, die für die Wirbeltiere" Lebens-Stil ",", erklärt Cooper. "Man kann nur so groß und schnell bewegen, wenn Sie einen Nerven-Impuls-Mechanismus ist, dass sowohl eine schnelle und sehr zuverlässig."
Durch das Verständnis der Beziehung zwischen Kalium-und Natrium-Kanäle, Cooper und Kollegen arbeiten, um neue Therapien für neurologische Krankheiten basierend auf Wiederherstellung der Art des Nerven-Zell-Impuls-Kontrolle im Einzelnen unberührt. In der Tat, ein neues Medikament, dass Handlungen, durch die Erhöhung der Öffnungen der diese Kalium-Kanäle ist jetzt in der US-amerikanische und internationale Studien für Epilepsie, und diese sind ebenfalls in der Entwicklung für die anderen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen.
Studie Co-Autoren sind Zongming Pan, Tingching Kao, Zsolt Horvath, Julia Lemos, Jai-Yoon Sul, Stephen D. Cranstoun, und Steven S. Scherer, alle von der Penn, sowie Vann Bennett von der Duke University und dem Howard Hughes Medical Institut. Diese Forschung wurde zum Teil durch die National Institutes of Health, die Whitaker-Stiftung, und der University of Pennsylvania McCabe-Stiftung.
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