Кіріспе
Молекулалық нейроғылым – жануарлардың жүйке жүйесіне молекулалық биологияның ұғымдарын қолданатын нейроғылымның бір саласы. Бұл пәннің көлемі молекулалық нейроанатомия, жүйке жүйесіндегі молекулалық сигналдау механизмдері, генетика мен эпигенетиканың нейрондық дамуға тигізетін әсері, сондай-ақ нейропластикалық және нейродегенеративті аурулардың молекулалық негіздері сияқты мәселелерді қамтиды. Молекулалық биология сияқты, молекулалық нейроғылым да салыстырмалы түрде жаңа және қарқынды дамитын сала.
Molecular neuroscience is a branch of neuroscience that observes concepts in molecular biology applied to the nervous systems of animals. The scope of this subject covers topics such as molecular neuroanatomy, mechanisms of molecular signaling in the nervous system, the effects of genetics and epigenetics on neuronal development, and the molecular basis for neuroplasticity and neurodegenerative diseases. As with molecular biology, molecular neuroscience is a relatively new field that is considerably dynamic.
Нейротрансмиттерлерді анықтау
Молекулалық биологияда нейрондар арасындағы байланыс әдетте жасушалар арасындағы кеңістіктер арқылы химиялық түрде жүзеге асады, бұл кеңістіктер синапстар деп аталады. Жүреге жіберілетін химиялық заттар, нейротрансмиттерлер деп аталады, организмнің өмірлік маңызды функцияларының көп бөлігін реттейді. Нейротрансмиттерлерді таңбалау техникаларын қолдану арқылы анатомиялық тұрғыдан анықтауға болады. Кейбір нейротрансмиттерлерді, мысалы, катехоламиндерді формальдегидпен нейрондық тіндердің кесінділерін бекіту арқылы химиялық тұрғыдан анықтауға болады. Бұл формальдегидтің ультракөк сәулеге ұшырағанда флуоресценция тудыруына әкелуі мүмкін. Осы техниканы қолдану арқылы C. elegans нематодасында допамин, катехоламин анықталды. Иммуноцитохимия, бұл мақсатты химиялық немесе биологиялық объектілерге қарсы антиденелерді жасауды қамтиды және бірнеше қызығушылық тудыратын техникаларды қамтиды. Мақсатты нейротрансмиттерді бірінші және екінші деңгейдегі антиденелермен радиоактивті таңбалау арқылы белгілі бір түрде таңбалауға болады, содан кейін авторадиография арқылы нейротрансмиттерді анықтауға болады. Нейротрансмиттерлердің болуын (бірақ міндетті түрде олардың орналасқан жерін емес) ферменттік иммуноцитохимия немесе ферменттік иммуносорбенттік талдау (ELISA) арқылы байқауға болады, онда ферменттік талдаулардағы субстраттың байланысуы шөгінділерді, флуорофорларды немесе химилюминесценцияны тудырады. Егер нейротрансмиттерлерді гистохимиялық түрде анықтау мүмкін болмаса, оларды олардың нейрондық сіңіру механизмдері арқылы анықтаудың балама әдісі қолданылады.
Натрий иондарының арналары
Натрий арналары 1984 жылы Шосаку Нума Electrophorus electricus балығынан алғашқы рет оқшауланған, кернеуге сезімтал ион арналары болды. Натрий арнасын бұғаттайтын тетродотоксин (TTX) химиялық бөлу үшін бағандық хроматография әдісін қолданып, оны байланыстыру арқылы натрий арнасының ақуызын оқшаулауға пайдаланылды. Ақуыздың аминқышқылдық тізбегі Эдман әдісімен талданып, содан кейін арна ақуызын клондауға қолданылатын кДНК кітапханасын құру үшін пайдаланылды. Арнаның өзін клондау, басқа жануарларда да осы арналарды анықтау сияқты қолданыстарға жол ашты.
Нейротрансмиттерлердің бөлінуіне кальций әсер етеді
Нейротрансмиттердің шығарылуы Ca2+ иондарының сыртқы түсуіне байланысты, бұл иондар вольтажға сезімтал кальций каналдары арқылы аксондық терминалдарға еніп келеді. Терминалдық мембранамен везикулалардың бірігуі және нейротрансмиттердің босатылуы кіріскес әрекет потенциалдарының нәтижесінде пайда болатын Ca2+ градиенттерімен шақырылады. Ca2+ иондары жаңа синтезделген везикулаларды резервтік қоймадан мобилизациялап, осы мембраналық бірігуге түсуіне себеп болады. Бұл әрекет механизмі кальмардың алып аксондарында ашылды. Жасуша ішіндегі Ca2+ иондарының деңгейін төмендету нейротрансмиттердің босатылуына тікелей тежегіш әсер етеді. Жынысқа байланысты гендерді бақылау ми физиологиясын бақылауда клиникалық маңызға ие болуы мүмкін, сондай-ақ тікелей немесе жанама түрде неврологиялық ауруларға байланысты болуы мүмкін. Даму кезінде жынысқа байланыстылығы бар аурулардың мысалдары: Хантингтон ауруы, ми ішкемиясы және Альцгеймер ауруы. Эпигенетикалық бақылау ерте даму кезіндегі жоғары пластикалық қасиеттерге қатысы бар екені көрсетілді, осылайша организмнің маңызды кезеңіндегі маңыздылығын анықтайды. Эпигенетикалық өзгерістердің адам миына әсер етуінің мысалдары: мидың гиппокамбындағы рРНК гендеріндегі метилирлеу деңгейінің жоғарылауы нәтижесінде ақуыз өндірісі төмендеп, гиппокамптың шектеулі жұмысы оқу және есте сақтау қабілетінің нашарлауына және салдарынан суицидтік бейімділікке әкелуі мүмкін. Дені сау адамдар мен психиатриялық науқастардың генетикалық айырмашылықтарын салыстырған зерттеуде ми жасушаларының сигнализациясына қатысты 60 түрлі эпигенетикалық маркер табылды.
diseases with sex biases in development include Huntington's disease, cerebral ischemia, and Alzheimer's disease. Epigenetic control has been shown to be involved in high levels of plasticity in early development, thereby defining its importance in the critical period of an organism. Examples of how epigenetic changes can affect the human brain are as follows:
Higher methylation levels in rRNA genes in the hippocampus of the brain results in a lower production of proteins and thus limited hippocampal function can result in learning and memory impairment and resultant suicidal tendencies. In a study comparing genetic differences between healthy people and psychiatric patients 60 different epigenetic markers associated with brain cell signaling were found.
Альцгеймер ауруы
Альцгеймер ауруы – ең көп таралған нейродегенеративті ауру және егде жастағы адамдарда деменцияның ең көп кездесетін түрі. Бұл ауру жадты және әртүрлі танымдық функцияларды прогрессивті жоғалтумен сипатталады. Мида амилоид β пептидінің (40-42 аминқышқыл қалдықтары) жиналуы Альцгеймер ауруының пайда болуында маңызды рөл атқарады деп есептеледі. Жиналу гиппокамптың ұзақ мерзімді күшейтуін (long-term potentiation) бұғаттайды деп айтылады. Сондай-ақ, амилоид β олигомерлеріне рецептор прионды ақуыз болуы мүмкін.
Паркинсон ауруы
Паркинсон ауруы – Альцгеймер ауруынан кейін ең көп таралған екінші нейродегенеративті ауру. Бұл адам миының қара заттарындағы дофаминергиялық нейрондардың жоғалуынан туындаған гипокинезиялық қозғалыс базальді ганглия ауруы. Базальді ганглиялардың тежегіш шығысы азаймайды, сондықтан таламус арқылы жүзеге асылатын жоғарғы моторлық нейрондар уақтылы түрде белсендірілмейді. Ерекше белгілеріне қатыгездік, дене күйін ұстаудағы қиындықтар, қозғалыстың баяулауы және дікіл кіруі жатады. Орташа тікенді нейрондардан ретикулята жасушаларына GABA рецепторларының әсерін тоқтату Паркинсон ауруында байқалатын сияқты жоғарғы моторлық нейрондардың тежелуіне себеп болады.
Хантингтон ауруы
Хантингтон ауруы – базальды ганглиялардың орташа тікенді нейрондарының қалыпты тежегіш әсерлерінің жетіспеуінен туындайтын гиперкинетикалық қозғалыс базальды ганглия ауруы. Бұл Паркинсон ауруымен байланысты әсерлерге кері әсер етеді, соның ішінде жоғарғы моторлық нейрондардың қате белсенділігін қамтиды. Паркинсон ауруында байқалатын GABA-ергеникалық механизмдерге ұқсас, substantia nigra pars reticulata-ға енгізілген GABA агонисті жоғарғы моторлық нейрондардың тежелуін азайтады, нәтижесінде Хантингтон ауруы симптомдарына ұқсас баллистикалық, еріксіз қозғалыстар пайда болады.