Współpraca naukowców z Mount Sinai i Memorial Sloan Kettering Cancer Center rzuciła nowe światło na kluczowy mechanizm działania mózgu, który może w przyszłości znacząco wpłynąć na leczenie zaburzeń układu nerwowego i rytmu dobowego. Odkrycia te dotyczą wpływu monoaminowych neuroprzekaźników, takich jak serotonina, dopamina oraz histamina, na regulację genów w mózgu. Ich badania, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature, ujawniają, że te substancje chemiczne mogą modyfikować białka histonowe – kluczowe elementy pakujące DNA wewnątrz komórek, co oddziałuje na fizjologię mózgu i zachowanie.
Nowy mechanizm regulacji genów i rytmów dobowych
Badacze odkryli, że histaminowe modyfikacje histonów odgrywają bezpośrednią rolę w zarządzaniu ekspresją genów odpowiedzialnymi za procesy związane z rytmami dobowymi i zachowaniem. Jak wyjaśnia główny autor badania, profesor Ian Maze z Mount Sinai, wpływ neuroprzekaźników na zegar biologiczny mózgu był dotychczas niedostatecznie zrozumiany. Nowe analizy wskazują jednak, że serotoninowe i dopaminowe zmiany w strukturze histonów mogą regulować aktywność genów odpowiedzialnych za plastyczność neuronów oraz procesy związane z cyklami snu i czuwania.
Co więcej, zespół naukowców podkreślił, że interakcja neuroprzekaźników z histonami wpływa nie tylko na strukturę DNA, ale także na sposób, w jaki neurony odpowiadają na bodźce zewnętrzne. Jak zauważa współautor badania, dr Yael David z Memorial Sloan Kettering Cancer Center, „wydarzenia okołodobowe, które aktywują sygnalizację między neurotransmiterami, mogą w sposób dynamiczny modyfikować działanie neuronów, zmieniając strukturę DNA”.
Przełomowe zastosowanie enzymu TG2
Poprzednie badania dostarczyły dowodów na ścisły związek serotoniny i dopaminy z histonami, a także ich wpływ na regulację genów i powiązane z tym procesy biologiczne, takie jak neuroplastyczność czy reakcje stresowe. Kluczowym odkryciem było zidentyfikowanie enzymu transglutaminazy 2 (TG2), który jest odpowiedzialny za modyfikacje histonów przy użyciu neuroprzekaźników.
Najnowsze badania zespołu naukowców rzuciły więcej światła na rolę tego enzymu. Wykorzystano interdyscyplinarne podejście, aby dokładnie poznać mechanizmy działania TG2. Badacze odkryli, że enzym ten nie tylko przyłącza neuroprzekaźniki do histonów, ale także może wymieniać jeden neuroprzekaźnik na inny. W ten sposób różne monoaminy, takie jak serotonina, dopamina czy histamina, kontrolują ekspresję genów za pomocą odmiennych mechanizmów.
Histaminylacja i serotonylacja w regulacji rytmów dobowych
Przełomowym odkryciem było wskazanie histaminylacji, tj. reakcji TG2 z histaminą, jako nowej formy modyfikacji histonów. Badacze zauważyli, że histaminylacja, podobnie jak serotonylacja, ma kluczowe znaczenie dla regulacji rytmów biologicznych w mózgach myszy. Co więcej, mechanizm ten wydaje się odgrywać fundamentalną rolę w zachowaniach związanych z cyklem snu i czuwania.
Profesor Maze podkreśla, że „histaminylacja wskazuje na nowy pozaneurotransmisyjny mechanizm, dzięki któremu mózg kontroluje cykle snu i czuwania”. Zaburzenia tych rytmów są typowe dla wielu schorzeń, takich jak bezsenność, depresja czy choroby neurodegeneracyjne, dlatego lepsze zrozumienie nowych mechanizmów może wpłynąć na opracowanie innowacyjnych terapii.
Nowe wyzwania i przyszłe badania
Naukowcy podkreślają, że wpływ histaminy na inne procesy organizmu, takie jak regulacja odporności czy rozwój nowotworów, otwiera nowe możliwości badawcze. Zespół planuje zgłębić kontrolę modyfikacji histonowych w chorobach związanych z dysfunkcjami monoaminy, takich jak schizofrenia czy choroba Parkinsona. Dr Maze wskazuje, że badanie tych mechanizmów może być kluczowe dla opracowania leków celowanych na konkretne problemy.
Ostatecznie, wyniki tych badań są fundamentem do dalszych odkryć, które mogą zrewolucjonizować sposób, w jaki postrzegamy funkcjonowanie mózgu i podejście do leczenia związanych z nim zaburzeń. W miarę jak naukowcy poszerzają wiedzę, świat nauki zbliża się do odkrycia rozwiązań dla problemów, które od lat pozostawały poza zasięgiem.
