Исследование показало, что этот белок поддерживает прочность синапсов — связей между нервными клетками, в которых происходит обмен информацией.

Пластичность синапсов, их способность приспосабливаться и становиться то больше и сильнее, то меньше и слабее, лежит в основе процессов запоминания, забывчивости и обучения. Для такой пластичности мозга требуется поддержание тонкого баланса.

Результаты исследования в будущем могут оказаться полезными при лечении нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и приступы эпилепсии. На ранней стадии эти расстройства формируются из-за синаптического дефицита.

«Если разработать препарат или генетический метод для управления выработкой синаптотагмина-IV (Сит-IV) и изменить его воздействие на другие элементы, участвующие в синаптической функции, синапсы будут работать лучше», сообщил один из авторов исследования профессор Эдвин Чепман из школы медицины и здравоохранения медицинского института Говарда Хаджа, университет Висконсина-Мэдисона.

Ученые изучали синаптотагмины в течение нескольких лет, добиваясь больших успехов в понимании их роли в выработке нейромедиаторов и нейропептидов, а также в отправке и получении синаптических сигналов.

В ходе изучения Сит-IV, который известен своими колебаниями в течение дня, ученые исследовали белок сначала в составе клеточной культуры, а затем у мышей, которых предварительно лишили белка Сит-IV: именно на мышах чаще всего происходит изучение дефицита протеинов.

«Мы обнаружили, что синаптотагмин-IV воздействует на множественные аспекты передачи сигналов, пред- и постсинаптично», сообщил Чепман и добавил, что белок располагается вовсе не там, где его ожидали найти.

Также ученые провели стандартные эксперименты на мышах, чтобы проверит феномен, называемый долгосрочным потенциалом (long-term potentiation — LTP). Долгосрочный потенциал — это первичный механизм усиления синапса, который способствует обучению и запоминанию.

«Во время стимуляции проводящих путей мозга мы замечаем, что синапсы производят больше реакции», сказал Чепман. «Синапсы запоминают стимуляцию и даже чему-то обучаются — теперь мы это точно видим».

Несмотря на наличие неспособности к обучению, мыши без белка Сит-IV произвели улучшенный долгосрочный потенциал.

«Если синапсы работают на полную мощность, то они теряют пластичность и функционируют нестабильно», добавил Чепман. «Перегрузка в их работе может привести к сбою».

Ученые полагают, что синаптотагмин-IV служит для поддержания синаптического гомеостаза или внутреннего равновесия, приводя долгосрочный потенциал к нормальному уровню.

Белок функционирует, косвенно регулируя нейротрофический фактор головного мозга (BDNF), который является фактором роста, необходимым для нормальной работоспособности нервных клеток. Как выяснилось в последнее время, BDNF также способен повреждать синапсы.

В ходе экспериментов синаптотагмин-IV снижал уровень увеличенного долгосрочного потенциала, ограничивая выработку нейротрофического фактора головного мозга на стороне получения синапса, замедляя синаптическую активность.

«Синаптотагмин-IV динамически регулирует долгосрочный потенциал, поддерживая необходимый баланс», заключил Чепман. «Ведь для сохранения пластичности синапсов необходим хороший динамический диапазон синаптической активности».

Что почитать: Путешествие в тайны разума. Этот загадочный человеческий мозг