Человеческий мозг состоит из нескольких сложных сетей или "цепей".«Одна такая сложная схема, называемая« схема вознаграждения », участвует в обучении, связанном с вознаграждением, в процессе, в котором активность нервных клеток изменяется в ответ на стимул« вознаграждение »(то, что мозг воспринимает как вознаграждение). Этот процесс обычно вызывает чувство желания и мотивации, но чрезмерный стимул также может вызвать зависимость и привыкание. Основным регулятором цепи вознаграждения является дофамин, химическое вещество, которое в народе называют «гормоном счастья»."В области мозга, называемой прилежащим ядром, это химическое вещество нацелено на определенную группу нейронов, называемых нейронами со средними шипами, и вызывает ряд молекулярных изменений.
К сожалению, нарушения этого пути связаны с несколькими поведенческими и когнитивными расстройствами, включая болезнь Паркинсона, компульсивное поведение, аутизм и шизофрению. Наркомания, особенно к сильнодействующим стимуляторам, таким как кокаин и амфетамины, также зависит от этого пути. Однозначно, чтобы разработать эффективные методы лечения, важно точно понимать, как работает путь вознаграждения.
В новом исследовании, опубликованном в Cell Reports, группа ученых из Японии во главе с профессором Козо Кайбучи и доктором Ясухиро Фунахаши из Университета Нагоя определила новую функцию белка, участвующую в цепи вознаграждения мозга. Они основали свое исследование на том факте, что дофамин, когда высвобождается в головном мозге, активирует несколько белков в ответ, и эти белки затем вызывают определенные изменения в активности мозга, такие как экспрессия генов, связанная с вознаграждением, и изменения нервной передачи или пластичности.
Но как эти изменения происходят на молекулярном уровне, было не совсем понятно. Ученые из Нагойского университета захотели копнуть немного глубже. Профессор Кайбути говорит: «В настоящее время очень мало известно о том, как дофамин работает в нейронах, чтобы установить поощрительную память и вызвать зависимость. Это побудило нас продолжить это исследование."
До сих пор было известно, что дофамин активирует многофункциональные белки, такие как CREB-связывающий белок (CBP), который, в свою очередь, способствует экспрессии генов за счет взаимодействия с другими белками. Чтобы найти более подробную информацию, ученые искали белки, взаимодействующие с CBP у мышей, испытавших условное вознаграждение. Используя эксперименты, основанные на взаимодействии белков, и анализ базы данных, они успешно идентифицировали многие такие белки. Из них один белок, называемый Npas4, «фактор транскрипции» (белок, который связывается с конкретными последовательностями ДНК и регулирует транскрипцию ДНК в мРНК), как было известно, участвует в обучении, связанном с вознаграждением, и поэтому ученые двинулись дальше, чтобы найти из его механизма.
Впервые для научного сообщества группа показала, что протеинкиназа под названием MAPK добавляет фосфатную группу к Npas4 (хорошо известный внутриклеточный процесс, называемый фосфорилированием, который «активирует» белки для выполнения своих функций), тем самым облегчая его взаимодействие с CBP. Ученые даже определили точные участки, где MAPK фосфорилирует Npas4.
Более того, они обнаружили, что дофамин активирует Npas4 в нейронах со средними шипами полосатого тела и, таким образом, способствует экспрессии генов, связанных с «нейронной пластичностью» (изменениями в нервных связях). Таким образом, три стимулируемых дофамином белка CBP, MAPK и Npas4 взаимодействуют друг с другом, что приводит к глубоким нервным изменениям – доктор Фунахаши и профессор Кайбучи раскрыли основной механизм воздействия дофамина на мозг.
Чтобы исследовать функцию Npas4 в поведении, связанном с вознаграждением, ученые затем «нокаутировали» или инактивировали Npas4 в нейронах цепи вознаграждения мышей. Эти мыши и нормальные мыши научились ожидать награды кокаином только в одной из двух камер, после чего измеряли предпочтение камеры. По сравнению с нормальными мышами, мыши с дефицитом Npas4 показали более чем 50% -ное снижение поведения, связанного с поиском наркотиков, что указывает на значительное снижение памяти о вознаграждении. Важно отметить, что поведение поиска лекарств было восстановлено после экзогенного введения Npas4, но не фосфодефицитными мутантами Npas4.
Это было захватывающе, поскольку подтвердило, что Npas4 и его фосфорилирование играют важную роль в поведении, связанном с вознаграждением.
Эти беспрецедентные открытия профессора Кайбути и его команды пролили некоторый свет на пути, участвующие в цепи вознаграждения мозга.
Неправильное функционирование схемы вознаграждения наблюдается при различных нейропсихологических и когнитивных расстройствах. Подробно объяснив функцию и связанный с вознаграждением механизм Npas4, эти ученые проложили путь к новым, эффективным методам лечения. Говоря о применении исследования, профессор Кайбучи говорит: «Наше исследование может помочь в разработке методов лечения психоневрологических расстройств, таких как шизофрения.
Он также может быть полезен при лечении зависимости от кокаина и других стимуляторов."
Может ли награда за это захватывающее исследование появиться в виде нового потенциального лечения поведенческих расстройств?? Время покажет.
Но команда профессора Кайбути и их исследование, безусловно, вселяют надежду на будущее.