Когда сигналы передаются через синапсы, молекулы-мессенджеры (нейротрансмиттеры) высвобождаются из камер хранения (синаптических пузырьков) в синаптическую щель, где они «распознаются» соседними нервными клетками. Это высвобождение основано на экзоцитозе: везикула стыкуется с клеточной мембраной, открывается в точке контакта, выпускает часть своего содержимого наружу, закрывается и отделяется от плазматической мембраны, чтобы ее можно было пополнить.
Команда под руководством Эндрю Г. Юинг из Гетеборгского университета, Швеция, использовал электроды из углеродного волокна с наноразмерными наконечниками для изучения влияния цинка на эти процессы. Они провели измерения на клетках PC12, которые выделяют нейромедиатор дофамин при стимуляции высокой концентрацией калия, аналогично нервным клеткам. «Прикладывая кончик электрода к поверхности клетки, мы можем проследить открытие отдельной везикулы и вычислить количество высвобожденных молекул», — говорит Юинг. Напротив, если кончик электрода вставлен в клетку, везикулы в цитоплазме прилипают к электроду и высвобождают свое полное содержимое.
Юинг говорит: «Текущие переходные процессы позволяют нам определить, сколько молекул передатчика содержится в отдельных пузырьках непосредственно в цитоплазме живых клеток."
После лечения цинком общее количество нейромедиаторов, содержащихся в везикулах, уменьшилось в среднем на 27%.
Однако количество медиатора, высвобождаемого при стимуляции, оставалось постоянным. Анализ текущих переходных процессов дал объяснение этого очевидного противоречия.
По словам Юинга, «цинк меняет динамику выпуска. До и после открытия везикулы в месте контакта с плазматической мембраной образуется пора. После обработки цинком поры закрываются медленнее, чем обычно.
Таким образом, везикула остается открытой дольше и высвобождает 92% своих молекул-передатчиков наружу — вместо 66% без цинка."
Чтобы исследовать это явление более тщательно, клетки извлекали слой за слоем снаружи внутрь и анализировали масс-спектрометрией. Исследователи обнаружили один вид цинка возле клеточной мембраны, а второй — внутри клетки. «Первый способен связываться с протеинкиназой C, ферментом, который связывается с мембраной и регулирует скорость экзоцитоза.
Виды цинка внутри клетки могут замедлять транспортный белок, который загружает дофамин в везикулы », — предполагает Юинг. «Наши результаты, наконец, подтверждают связь между цинком и регуляцией высвобождения нейромедиаторов. Это может быть важно для формирования и хранения воспоминаний."