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(nèi)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(nèi)的研究小組的研究結(jié)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(jīng)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(chǎn)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn) 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(zhì)乙酰膽堿抑制神經(jīng)元鉀流量，這是皮質(zhì)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(jīng)調(diào)節(jié)。

目前的研究檢查了 KCNQ3 通道在大腦導航系統(tǒng)神經(jīng)調(diào)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(xiàn)，可作為大腦的內(nèi)部地圖。“我們發(fā)現(xiàn)了由KCNQ3 通道控制下的位置細胞產(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(jīng)元鉀電流(此處為 M 電流)顯著降低。

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