Лаборатория Колд-Спринг-Харбор 19 мая 2026 года
Как мы учимся запоминать? На самом фундаментальном уровне все дело в химических веществах и электричестве. Помимо своей роли в питании, кальций и магний в мозге действуют как ионы, то есть заряженные частицы. Магний может блокировать канал в рецепторах мозга, известных как NMDA-рецепторы. Когда блокада снимается, кальций может проходить через канал. Эти процессы позволяют мозгу выполнять важнейшие функции, такие как обучение и запоминание.
Ученые знали обо всем этом уже давно. Но они не могли понять, как NMDA-рецепторы отличают кальций от магния. Теперь профессор Хиро Фурукава из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL), постдокторант Рубин Штайгервальд и их коллеги нашли ответ, который может иметь значение для понимания процессов развития мозга и возникновения заболеваний. Ответ связан с водой, обезвоживанием и молекулярной клеткой, которую удалось запечатлеть на 50 000 кадрах.
Если вы помните уроки химии, то, возможно, знаете, что кальций и магний расположены близко друг к другу в периодической таблице. Кроме того, у них одинаковый электрический заряд. Из-за этого их сложно отличить друг от друга. Одно из ключевых различий заключается в том, что «магний сильнее притягивает воду, чем кальций», — говорит Фурукава. — «Вывести молекулы воды, окружающие магний, сложнее, чем молекулы, окружающие кальций».
С 1980-х годов ученые предполагали, что это может объяснить, почему кальцию легче проходить через NMDAR-канал. Это казалось логичным. Однако проверить эту гипотезу было невозможно. Потребовались десятилетия, чтобы технологии визуализации и вычислительные мощности позволили подтвердить эту теорию. Но теперь, используя метод криоэлектронной микроскопии отдельных частиц, Штайгервальд и его коллеги продемонстрировали, как обезвоживание способствует прохождению кальция через NMDAR-канал.
Штайгервальд сосредоточил внимание на части канала, известной как «клетка аспарагиновой кислоты». Эта молекулярная «клетка» действует как фильтр, пропуская только достаточно мелкие молекулы. За пределами «клетки» команда обнаружила магний, окруженный водой, который блокировал канал. Если вы представили себе дуршлаг для спагетти, то вы правы. «Это сито», — объясняет Фурукава.
Итак, мы разобрались с водой, обезвоживанием и молекулярной клеткой. Но какое отношение к этому имеют 50 000 фильмов? "Все дело в разрешении", — говорит Фурукава.
Вспомните о текучей природе воды. Она постоянно находится в движении. Чтобы отследить движение нескольких молекул воды, требуется высокое разрешение. Криоэлектронная микроскопия отдельных частиц дает лишь частичное представление о происходящем. Но чтобы по-настоящему понять, что происходит, нужно сделать миллионы снимков под разными углами. В этом и заключается мощь криоэлектронной микроскопии и высокопроизводительных вычислительных систем в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Кроме того, команда Фурукавы подтвердила свои наблюдения с помощью электрофизиологических методов.
Зачем все это? Помните, что мы говорим не просто о химических веществах. Мы рассматриваем одну из ключевых молекулярных особенностей процессов обучения и памяти. Кроме того, клетка Asn подвержена спонтанным мутациям, связанным с нарушениями GRIN, которые приводят к тяжелым нарушениям развития. Многие пациенты с такими мутациями не разговаривают и не могут ходить. У них часто случаются тяжелые судороги. Чтобы понять последствия этих мутаций, нужно знать, что именно вы изучаете. Это исследование дает ученым наиболее полное представление о проблеме.
Источник:
Лаборатория в Колд - Спринг-Харборе
Ссылка на журнал:
Штайгервальд Р., и др. (2026). Молекулярный механизм проницаемости для кальция и блокирования магнием NMDA-рецепторов. Nature Neuroscience. DOI: 10.1038/s41593-026-02283-3. https://www.nature.com/articles/s41593-026-02283-3
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся