Contrassegnare piccole proteine per sondare le radici della depressione
La capacità, che ha richiesto quasi un decennio per raggiungere, rende possibile studiare la regolazione della serotonina a un nuovo livello, che è importante per il ruolo chiave che la serotonina svolge nella regolazione dell'umore, dell'appetito e del sonno, secondo i ricercatori.
La proteina regolatrice che gli scienziati hanno etichettato con successo è nota come trasportatore della serotonina. Si estende attraverso la membrana che forma la superficie esterna del nervo e agisce come un aspirapolvere che aspira le molecole di serotonina nel corpo cellulare e lontano dai recettori bersaglio della serotonina su altre cellule, regolando la concentrazione di serotonina nell'area intorno alla cellula.
I trasportatori della serotonina sono un importante soggetto di ricerca perché sono l'obiettivo dei farmaci più comuni usati per curare la depressione, tra cui Prozac, Paxil e Lexapro, notano i ricercatori.
"Se sei interessato alla salute mentale, i trasportatori della serotonina sono un argomento ideale", ha detto Sandra Rosenthal, Ph.D., la cattedra di chimica Jack e Pamela Egan, che ha diretto lo studio con Randy Blakely, Ph.D., il Allan D. Bass Professore di Farmacologia e Psichiatria.
I ricercatori hanno notato che anche i problemi con la regolazione del trasportatore della serotonina sono stati implicati nell'autismo. Due anni fa, Blakely e il genetista James Sutcliffe hanno riportato la scoperta di molteplici cambiamenti nella proteina trasportatrice della serotonina che fanno diventare il trasportatore "iperattivo" nelle persone con autismo.
Recentemente, Blakely e Jeremy Veenstra-VanderWeele, M.D., hanno riferito che i topi che esprimono uno di questi trasportatori ad alto funzionamento mostrano molteplici cambiamenti comportamentali che assomigliano a cambiamenti osservati nei bambini con autismo.
Secondo gli scienziati, i tentativi di capire come funzionano questi trasportatori sono stati limitati dalla difficoltà di studiare il loro comportamento.
"In passato, ci siamo limitati a istantanee che mostrano la posizione delle molecole trasportatrici in un momento specifico", ha detto lo studente laureato in chimica Jerry Chang, che ha sviluppato la tecnica di etichettatura. "Ora possiamo seguire il loro movimento sulla superficie delle cellule in tempo reale e vedere come i loro movimenti sono correlati all'attività di assorbimento della serotonina".
I tag fluorescenti utilizzati dai ricercatori sono microsfere in nanoscala chiamate punti quantici costituiti da una miscela di cadmio e selenio. Le perle sono solo leggermente più grandi delle proteine che stanno etichettando: dovresti metterne insieme 10.000 per coprire la larghezza di un capello umano, spiegano i ricercatori.
I punti quantici emettono luce colorata quando sono illuminati e piccoli cambiamenti nelle loro dimensioni li fanno brillare in diversi colori. Uno dei ricercatori, Ian D. Tomlinson, Ph.D., ha sviluppato una speciale stringa molecolare che si attacca al punto quantico a un'estremità e si attacca a un derivato del farmaco sull'altra estremità che si lega al trasportatore della serotonina.
Quando una miscela che contiene questi punti quantici viene incubata con cellule nervose coltivate, il farmaco si attacca al trasportatore. Mentre la proteina si muove, trascina il punto quantico dietro di sé come un bambino che tiene un palloncino su una corda, ha spiegato. Quando l'area è illuminata, i punti quantici vengono visualizzati in un microscopio come punti di luce colorati.
Mettendo in atto la loro nuova procedura, i ricercatori hanno esaminato le estensioni delle cellule nervose coinvolte nella secrezione di serotonina. Da ricerche precedenti, i ricercatori sospettavano che i trasportatori si sarebbero concentrati in parti ricche di colesterolo di queste estensioni, chiamate zattere, sebbene il livello di risoluzione con approcci standard fosse inadeguato per fornire indizi su ciò che stavano facendo lì.
Gli studi sui punti quantici hanno dimostrato che c'erano due trasportatori distinti: quelli che possono viaggiare liberamente attorno alla membrana e quelli che agiscono come se non fossero in grado di muoversi. Hanno scoperto che i trasportatori immobili si trovavano nelle zattere.
Quando hanno stimolato la cellula ad aumentare l'attività del trasportatore, sono rimasti sorpresi da quello che è successo. "Abbiamo scoperto che i trasportatori sulle zattere hanno cominciato a muoversi molto più velocemente, mentre il movimento dell'altra popolazione non è cambiato affatto", ha riferito Rosenthal.
Poiché i trasportatori mobilitati non lasciano le zattere, sembrano sfrecciare all'interno di un compartimento ristretto, come liberati da catene che normalmente li tengono sottomessi. Queste osservazioni suggeriscono che è probabile che le due popolazioni siano controllate da percorsi regolatori differenti.
"Ora che possiamo guardare la regolazione del trasportatore in corso, dovremmo essere in grado di capire l'identità delle proteine di ancoraggio e i segnali a cui queste proteine rispondono che consentono ai trasportatori di passare avanti e indietro tra livelli di attività bassi e alti", ha detto Blakely.
"Attualmente, i farmaci antidepressivi devono disattivare completamente i trasportatori della serotonina del cervello per ottenere un beneficio clinico", ha aggiunto, sottolineando che questo può produrre una serie di spiacevoli effetti collaterali, come nausea, aumento di peso, problemi sessuali, affaticamento e sonnolenza.
"Comprendendo i meccanismi di base che trasformano naturalmente l'attività del trasportatore della serotonina su e giù, forse possiamo sviluppare farmaci che producono effetti collaterali più lievi e hanno un'efficacia ancora maggiore", ha detto. "I nostri obiettivi sono anche concentrati sul trasferimento di ciò che abbiamo imparato con i normali trasportatori di serotonina alla comprensione dei trasportatori iperattivi che abbiamo trovato nei bambini con autismo".
Fonte: Vanderbilt University
