有缺陷的鉀通道會擾亂大腦的導航系統(tǒng)

我們的大腦需要鉀通道 KCNQ3 來生成準確的空間圖。在小鼠中，KCNQ3 功能缺陷對內部導航系統(tǒng)具有可測量的影響。最近在Nature Communications上發(fā)表的包括 FAU 研究人員在內的研究小組的研究結果也與阿爾茨海默氏癥型癡呆研究相關。

除了其他生理過程外，肌肉和神經細胞的興奮性也需要鉀。鉀離子通過各種離子通道穿過細胞外膜，從而產生電流。二十年前，柏林萊布尼茨分子藥理學研究所 (FMP) 的 Thomas Jentsch 教授團隊鑒定了編碼鉀通道家族 KCNQ2-5 的基因，并證明 KCNQ2 和 KCNQ3 的突變可導致人類遺傳性癲癇。由于這項開創(chuàng)性研究，制藥公司能夠開發(fā)有針對性的抗癲癇藥物。

現在，由 Thomas Jentsch 領導的分子生物學家和由 FAU 生理學和病理生理學研究所教授 Alexey Ponomarenko 監(jiān)督的神經生理學家團隊，以及康涅狄格大學(美國)和科隆大學的科學家們發(fā)現 KCNQ3 可能也在阿爾茨海默病和其他認知障礙中發(fā)揮作用。

大腦中的精確導航圖

通常，遞質乙酰膽堿抑制神經元鉀流量，這是皮質興奮性以及記憶和注意力所必需的。眾所周知，阿爾茨海默病患者會逐漸失去這種膽堿能神經調節(jié)。

目前的研究檢查了 KCNQ3 通道在大腦導航系統(tǒng)神經調節(jié)中的作用。這些位置場是幾年前獲得諾貝爾獎的一項發(fā)現，可作為大腦的內部地圖。“我們發(fā)現了由KCNQ3 通道控制下的位置細胞產生的各種信號如何與大腦節(jié)律相互作用以形成精確的空間圖，”Alexey Ponomarenko 說。

由 Thomas Jentsch 的小組產生的具有缺陷 KCNQ3 通道的敲除小鼠顯示了不同的圖片。盡管健康小鼠中位置細胞的活動模式遵循特定的時間和空間模式，但在基因敲除小鼠中，位置細胞的單個或幾乎同時發(fā)生的多個(突發(fā))信號的突觸傳遞是混亂的。“當爆發(fā)時，它們通常有一定的節(jié)奏。然而，在突變體中，爆發(fā)不受節(jié)奏控制，而是在完全隨機的時間或節(jié)奏階段發(fā)射，”Ponomarenko 教授解釋說。“這有效地抑制了單個動作電位，并造成了位置細胞活動模式的不平衡。”

結合光遺傳學實驗，使用厚度為 15 微米的硅探針植入自由行為的嚙齒動物海馬體中的記錄，提供了對大腦功能的令人興奮的見解。此外，美國的團隊成員證明，KCNQ3 通道的缺失導致神經元鉀電流(此處為 M 電流)顯著降低。

標簽： 鉀