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脳は精密機器です。その機能は、ニューロン間の化学的メッセージの放出を引き起こす精密に調整された電気的活動に依存しています。
しかし時々、てんかんのように、脳の注意深いバランスが制御できなくなります。脳波（EEG）は脳の電気的活動を視覚化し、てんかん発作が典型的な脳活動の予測可能な波のパターンとどのように異なるかを明らかにすることができます。
しかし、医学はまだてんかんに対する解決策を欠いています。発作を予測する可能性は限られており、予測できる場合でも介入する方法はありません。医薬品はてんかんを扱っている人々に利用可能ですが、それらは副作用でいっぱいです、そして、彼らは皆のために働きません。
私の神経科学研究室で問題に取り組んでいるとき、このようにして脳を制御不能にして生きることがどれほど恐ろしいことであるかを想像するのをやめたとき、それは本当に私を動機づけます。不正になったこれらのニューロンの制御を取り戻す方法はありますか？私は、それぞれの脳細胞内の特定の区画が、それをどのようにして助けることができるのかに焦点を当ててきました。
脳活動のためのオーバーライドスイッチ
私が学部の学生だったときからずっと、私は軸索初期セグメントと呼ばれるニューロンの一部に魅了されてきました。各ニューロンはこの小さな区画を含みます。ここで、ニューロンが電気信号を発することを決定し、次の細胞に化学的メッセージを送ります。
ここには強力な制御を発揮できる特殊な接続があります。彼らは発砲についてのセル自身の「決定」を無効にすることができます。この制御メカニズムは、脳の活動を組織化またはパターン化するために存在します - 私たちの行動の多くのための要件。
例えば、眠りに落ちるためには、あなたの脳の活動はゆっくりとした振動に落ち着く必要があります。対照的に、問題に集中して集中するには、パターンを拾い上げる必要があり、急激な振動が発生します。これらのパターンの脳活動を生成および調節することができないことは、脳の多数の障害に関連している。
多数のニューロンの軸索初期セグメントがすべて同時にサイレンシング信号を受信すると、それはＥＥＧの波形に谷をもたらす。これは脳の活動を静めることを意味します。通常の状況下では、リラックスした覚醒状態と睡眠状態の間を移動するときに役立ちます。
研究者がこれらの抑制的な関係の力を利用することができれば、私たちはいつでも好きなときに脳の活動パターンをリセットすることができます。それはてんかんの脳の制御を奪うための方法かもしれません。
メッセージを仲介する分子
軸索初期セグメントのこの力をどのように調節するかを理解し始めるために、私の同僚と私は最初にこれらの関係で分子パートナーシップを理解する必要がありました。軸索の最初の部分で抑制が効果的であるためには、シグナルを受信するのに利用可能な正しい機器が必要である。脳内阻害の場合、この機器はGABA A受容体です。
共同研究者のHans MaricとHermann Schindelinにより、2つのタンパク質 - GABA A受容体α2サブユニットとコリビスチンの間の密接で排他的なパートナーシップを特定しました。これら2つの分子間の密接な関係を考え出すことは、抑制性接触部位のタンパク質がどのように相互作用しているのかについてのいくつかの未解決の質問に答えます。我々は、GABA A受容体α2サブユニットが軸索の最初の部分にあることを知っていましたが、研究者はそれがどのようにしてそこに到達するのか、あるいはそこに保持されるのか理解していませんでした。コリビスチンが鍵になる可能性があります。
それで今我々は、これらの2つのタンパク質が軸索の最初の部分で一緒に働いているかもしれないと考えました。それをさらに進めるために、私のポスドクのメンターであるStephen Mossと私は、これが軸索の最初の部分でのつながりにどのような影響を与えるのか、そして最終的には脳がどのように機能するのかを理解したいと思いました。それを理解しようとするために、我々は2つのタンパク質が結合できないという結果となる遺伝子変異を作り出した。
この突然変異を有するマウスのニューロンは、実際、軸索の最初の部分への抑制的な結合を失いました。脳細胞の他の部分への阻害的結合は無傷のままであり、これもまたこのタンパク質パートナーシップは排他的であり、軸索初期セグメントにおいて特に重要であるという考えを支持している。
この突然変異を持つマウスは発育中に発作を起こします。それらが成体に成長すると、これらのマウスはもはや発作の行動徴候を示さない。小児てんかんのいくつかの形態では、子供たちは自分の発作を「伸ばす」こともできます。そのため、この突然変異はヒト小児てんかんの可能性のあるモデルを提供するのに非常に価値があります。科学者がこのプロジェクトに貢献したAstraZenecaによって開発された選択的化合物のように、てんかんの間に脳で起こることをより明確に理解すること、そしてより良い治療法を設計してテストすることが私たちに役立つことを願っています。
定量的だが初期のステップ
神経科学者たちは、GABA A受容体とコリビスチンの間のパートナーシップについて長い間推測してきました。最近発表された結果 ネイチャーコミュニケーションズ 定量的に定義します。
神経伝達物質GABAに反応するGABA A受容体が抑制性シグナル伝達を制御していることを私たちは知っていますが、それがどのように機能するかについてはまだわかっていません。 GABAシグナリングは多様であり、さまざまな接続タイプでセルの起動を明確に制御できます。他にも理解するために必要な作業があります。そして、GABAシグナル伝達の機能不全は、てんかんに加えて、脳の他の多くの障害にも関係しています。
この研究の究極の目標は、軸索の最初のセグメントで抑制的なつながりを制御することができるかもしれない治療法を設計することです。このスイッチを担当して、てんかん発作中に見られる制御不能な神経発火を無効にすることができます。
私はてんかんのある人生を想像しています、そしてそれなしの人生も想像しています。
この記事は、もともとRochelle HinesによるThe Conversationに掲載されたものです。ここで元の記事を読んでください。