研究揭示线粒体能量产生在多巴胺能神经元中的作用
根据发表在《神经科学》杂志上的研究结果，西北医学的研究人员发现黑质中的多巴胺能神经元利用一种特定的离子通道来满足预期的能量需求科学的进步．
这项研究由神经科学教授、Nathan Smith Davis教授D. James Surmeier博士领导，阐明了这种“预期”是如何对线粒体造成压力的，这最终会导致这些神经元随着衰老和神经退行性疾病的丧失。
的主要功能黑质多巴胺神经元就是调节目标导向的运动。它们的丧失或下降会导致运动减慢，这是帕金森氏症的一个主要症状。
为了正常运作，多巴胺能神经元需要线粒体产生的三磷酸腺苷(ATP)。Surmeier的团队努力解决的问题是如何做到这一点神经功能ATP合成的影响。他们一开始的想法是，神经元动作电位或“峰值”对这种联系至关重要，但峰值如何精确地控制线粒体能量的产生尚不清楚。
在目前的研究中，研究人员使用非侵入性方法同时监测多巴胺能神经元和线粒体功能的峰值。这是用抗生素在多巴胺能神经元的膜上制造小洞来完成的，允许电活动在不干扰线粒体的情况下进行监测和操作。
使用先进的显微镜通过基因编码传感器，研究人员能够监测神经元在峰值过程中的信号。他们还使用基因策略来删除起桥梁作用的关键蛋白质等离子体膜细胞内部的事件。
该方法揭示了多巴胺能神经元利用钙离子通过神经元质膜中的特定离子通道(cav1通道)进入每个峰值，以调整ATP的产生以匹配峰值速率。
“这种控制系统‘预测’生物能量需求，防止细胞耗尽气体而不得不停下来重新充电的情况发生。这在机体上很重要，因为如果这些多巴胺能神经元停止峰值，整个动物就会停止运动。显然，如果我们被追赶或追逐晚餐，避免这种情况发生对我们是有利的。”
研究人员还发现，钙通过两种互补机制促进ATP的产生。第一个机制涉及钙进入线粒体基质，刺激三羧酸循环，这有助于驱动细胞呼吸和ATP合成。另一种机制是由基质外受钙刺激的酶介导的，它将代谢物推入基质，以支持ATP的产生。
这些机制的发现提高了人们对神经元如何将能量产生与活动匹配，以及如何避免能量消耗导致的“昏迷”的理解。据Surmeier说，虽然这个系统帮助多巴胺能神经元有效工作，但它也有一个缺点。
“虽然这个控制系统对许多神经元的有效运作很重要，但它会增加它们的压力。随着时间的推移，这种高水平的氧化应激会破坏线粒体的动力装置，”Surmeier说。
Surmeier补充说，靶向治疗和“调节”这个钙通道可能会降低帕金森病的风险，减缓疾病的发展，他的团队目前正在研究这一策略。
“尽管我们最初的研究集中在细胞体上，但多巴胺能神经元最脆弱的部分是轴突。我们现在正在研究是否同样的“预期”机制也参与其中。如果事实证明是这样，我们就有了降低轴突压力水平的策略，刚好能让它们在老年时保持功能。这将使我们能够减缓或停止帕金森病的发展，”Surmeier说。
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