Glutamina – najnowsze wyniki badań nad neurotransmiterem

Kwas glutaminowy lub glutaminian jest najpowszechniej występującym neuroprzekaźnikiem w mózgu o charakterze pobudzającym. Najnowsze wyniki badań nad tym związkiem mogą pomóc lepiej zrozumieć szereg zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych.

Naukowcy z Uniwersytetu Columbia przeprowadzili badania, z których wynika, że kwas glutaminowu (Glu), czyli w najważniejszy neurotransmiter w mózgu, nie działa tak, jak myślano dotychczas. Wyniki tych analiz mogą pomóc w opracowaniu leków nowej generacji skutecznych w terapiach neurologicznych i psychiatrycznych.

Czym jest kwas glutaminowy?

Kwas glutaminowy lub glutaminian (anion, występuje zazwyczaj w tej formie) jest neuroprzekaźnikiem o charakterze pobudzającym. To także najbardziej obszerny systemem neurotransmisyjny w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN), który jest wykorzystywany przez prawie połowę wszystkich synaps. Udowodniono, że gdy jego stężenie jest równe ilości innego, ale hamującego neuroprzekaźnika – kwasu gamma aminomasłowego (GABA), wówczas obserwuje się zjawisko homeostazy, a układ nerwowy pracuje prawidłowo. Kwas glutaminowy sprzyja lepszemu zapamiętywaniu i szybszemu uczeniu się. Glu jest obecny zarówno fizjologicznie w organizmie człowieka, ale także jako składnik produktów żywnościowych. Udowodniono również, że anionowa forma glutaminy (podobnie jak inne anionowe aminokwasy) nie przekraczają bariery krew-mózg, przez co glutamina zwarta w pożywieniu nie wpływa na funkcjonowanie OUN (wpływ ma sól sodowa kwasu glutaminowego – wzmacniacz smaku i zapachu).

Badania nad glutaminianem

Naukowcy z  Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons przyjrzeli się bliżej glutaminianowi, który wiąże się z receptorami na powierzchni neuronów. Dzięki temu kompleksowi otwiera się kanał prowadzący do wnętrza komórki, co umożliwia przechodzenie jonów w celu pobudzenia wystąpienia sygnału elektrycznego. Każdy receptor może wiązać do czterech cząsteczek glutaminianu i wytwarzać cztery różne poziomu przewodnictwa. Wcześniejsze badania łączyły wiązanie z przewodzeniem w prosty sposób – każda dodatkowa cząsteczka glutaminianu zwiększyła przewodnictwo na każdym kolejnym etapie reakcji. Naukowcy wspólnie przyznają, że nikt wcześniej nie sprawdził dokładnie tego mechanizmu, zakładając, że ta teoria wydaje się najbardziej logiczna. W nowych badaniach wykorzystano bardziej zaawansowane metody – mikroskopię krioelektronową (cryo-EM) i zaawansowane metody analizy danych po to, aby zobrazować pierwsze szczegółowe obrazy wiązania glutaminianu z jego receptorami.

Przebieg badania nad kwasem glutaminowym

Główny badacz projektu – dr Alexander Sobolevsky podkreślił „Tak naprawdę przeprowadziliśmy eksperymenty w warunkach, w których widzimy wszystkie te związki pośrednie, jeden glutaminian, a następnie dwa glutaminiany, trzy i cztery powiązane ze sobą cząsteczki Glu”.

Zamiast prostych i stopniowych przejść glutaminian wiąże się z jedną z dwóch specyficznych podjednostek receptora zanim połączy się z kolejną cząsteczką Glu, tworząc podwójną, potrójną i poczwórną cząstkę. Dodatkowo poziomy przewodnictwa tego receptora nie korelowały bezpośrednio z liczbą związanych z nim cząsteczek kwasu glutaminowego. Receptor mógł mieć przełączone dwa lub więcej glutaminianów, niemniej wciąż osiągał tylko pierwszorzędowy poziom przewodnictwa.

Co wnoszą najnowsze doniesienia naukowe?

Najnowsze badania nad mechanizmem wiązania i przewodnictwa neuronowego są przełomowe, ponieważ rzucają nowe światło na specyficzne stany aktywacji receptorów glutaminowych. Może to zrewolucjonizować sposób patrzenia i opracowywania nowych leków na schorzenia, które angażują te receptory, co ma miejsce w zaburzeniach, takich jak depresja, demencja, choroba Parkinsona, udar czy padaczka.