Symulacje komputerowe tłumaczą eksperymentalne obserwacje w celu zrozumienia zaburzeń przesyłania sygnałów w układzie nerwowym
W marcowym numerze czasopisma The Journal of Physical Chemistry B wydawnictwa American Chemical Society ukazał się artykuł we współautorstwie dr Magdaleny Krupy, adiunkta w Zespole Biologii Obliczeniowej IPI PAN, pt. "Unusual Robustness of Neurotransmitter Vesicle Membranes against Serotonin-Induced Perturbations" (pl: "Nietypowa odporność błon pęcherzyków neuroprzekaźnikowych na zaburzenia wywołane przez serotoninę"). Dodatkowo figura zawarta w artykule została wybrana na okładkę tego numeru czasopisma.
Nasz organizm przechowuje neuroprzekaźniki, takie jak serotonina, w pęcherzykach synaptycznych. Zaskoczeniem jest zachowanie stabilności błony lipidowej przy wysokim stężeniu serotoniny. Aby zrozumieć ten fenomen, przebadane zostały błony lipidowe o różnym składzie lipidów, w tym błon jednoskładnikowych, używanych często w badaniach eksperymentalnych oraz badań wieloskładnikowych o podobnym składzie, jaki występuje w warunkach naturalnych. Okazało się, że serotonina miała znaczący wpływ, o odmiennych charakterze, na błony jednoskładnikowe, nie miała natomiast znaczącego wpływu na wieloskładnikowe błony lipidowe, nawet w wysokich, fizjologicznych stężeniach. Sugeruje to, że natura wyewoluowała, aby korzystać z konkretnej mieszanki lipidów, które mają specyficzne właściwości mechaniczne do regulacji efektów serotoniny.
Aby zrozumieć to zjawisko na poziomie molekularnym, przeprowadzone zostały pełnoatomowe symulacje dynamiki molekularnej (MD), aby obserwować zmiany mechaniczne wywołane przez serotoninę na błonach lipidowych pęcherzyków synaptycznych o różnym składzie lipidów. Eksperymentalne badania mikroskopii sił atomowych (AFM) zostały odtworzone i uzupełnione o informacje na poziomie poszczególnych atomów przy użyciu sterowanej dynamiki molekularnej (SMD). Dzięki tym badaniom komputerowym, udało się uzyskać wgląd w zaburzenia mechaniczne błon fosfatydylocholiny (POPC) i fosfatydyloseryny (POPS) wywołane przez serotoninę wyjaśniając, że odmienne zachowanie tych błon wynika z obecności lub jej braku naładowanych ujemnie grup głów lipidowych, których obecność warunkuje możliwość tworzenia warstwy z lipidów, serotoniny i jonów chroniących błonę przed zaburzeniami mechanicznymi.
Aby zrozumieć to zjawisko na poziomie molekularnym, przeprowadzone zostały pełnoatomowe symulacje dynamiki molekularnej (MD), aby obserwować zmiany mechaniczne wywołane przez serotoninę na błonach lipidowych pęcherzyków synaptycznych o różnym składzie lipidów. Eksperymentalne badania mikroskopii sił atomowych (AFM) zostały odtworzone i uzupełnione o informacje na poziomie poszczególnych atomów przy użyciu sterowanej dynamiki molekularnej (SMD). Dzięki tym badaniom komputerowym, udało się uzyskać wgląd w zaburzenia mechaniczne błon fosfatydylocholiny (POPC) i fosfatydyloseryny (POPS) wywołane przez serotoninę wyjaśniając, że odmienne zachowanie tych błon wynika z obecności lub jej braku naładowanych ujemnie grup głów lipidowych, których obecność warunkuje możliwość tworzenia warstwy z lipidów, serotoniny i jonów chroniących błonę przed zaburzeniami mechanicznymi.