Cold Spring Harbor Laboratory araştırmacıları, öğrenme ve hafızanın temel mekanizmalarından NMDA reseptörlerinin kalsiyum ve magnezyum iyonlarını su ile kurdukları ilişki sebebiyle ayırt ettiğini öne sürüyor. Araştırmaya göre bu reseptörler, kalsiyum iyonlarının nöron içine girmesine izin verirken magnezyum iyonlarını dar kanal bölgesinde tutarak geçişi engelliyor.
Beyinde öğrenme ve hafıza, nöronlar arasındaki bağlantıların güçlenmesiyle yakından ilişkili. Bu süreçte NMDA reseptörleri önemli bir eşik mekanizması gibi çalışıyor.
Reseptörler nasıl çalışıyor?
Bu reseptörlerin açılması için yalnızca kimyasal sinyal yetmiyor. Glutamat ve glisin gibi moleküllerin reseptöre bağlanması gerekiyor, ancak bunun yanında postsinaptik nöronun zarında elektriksel bir değişim oluşuyor. Hem sinyali gönderen nöron hem de sinyali alan nöron aynı anda aktif olduğunda NMDA reseptörü etkili biçimde çalışıyor.
NMDA reseptörleri dinlenme durumunda magnezyum tarafından bloke ediliyor. Magnezyum varken kalsiyum iyonları kanaldan rahatça geçemiyor. Ancak nöron yeterince uyarıldığında zarın elektriksel durumu değişiyor. Bu değişim, magnezyum blokajını kaldırıyor. Blokaj kalkınca kalsiyum iyonları hücre içine girebiliyor.
Kalsiyumun içeri girişi ise yalnızca basit bir madde geçişi değil. Bu akış, hücre içinde öğrenme ve hafızayla bağlantılı sinyal yollarını başlatıyor.
Reseptör bu iki iyonu nasıl ayırt ediyor?
Bilim insanları uzun süredir NMDA reseptörlerinde magnezyum blokajının voltaja bağlı olduğunu biliyor. Ayrıca kalsiyumun bu kanaldan geçerek nöroplastisiteyi başlattığı da biliniyor. Ancak reseptörin, birbirine benzeyen iki iyonu nasıl farklı şekilde değerlendirdiği bilinmiyordu.
Ekip, NMDA reseptörünün kanal bölgesini yüksek çözünürlükte inceledi. Kalsiyum ve magnezyum iyonlarının kanalın dar seçicilik filtresi içindeki konumları görüntülendi.
Makalenin yazarı Hiro Furukawa bulguları şöyle özetledi: “NMDA reseptörleri söz konusu olduğunda, kalsiyumun hücre içine girişi nöroplastisiteye ve bazı durumlarda nörodejenerasyona yol açan sinyalleri kolaylaştırıyor. Magnezyum ise dinlenme halindeki zar voltajında NMDA reseptör kanallarını etkili biçimde bloke ediyor. Ancak bu blokaj, zar depolarizasyonu ile ortadan kalkıyor.”
Araştırmaya göre kalsiyum iyonları, geçiş sırasında etrafındaki su moleküllerinin bir kısmını bırakıyor. iyonlar hücre içinde genellikle su molekülleriyle çevrili halde bulunuyor. Dar bir kanaldan geçebilmek için bu su kılıfının kısmen azalması gerekiyor. Kalsiyum bunu yapabildiği için kanalın dar bölgesinden geçebiliyor. Yani kalsiyum, doğru koşullar oluştuğunda reseptörün içinden geçerek nöron içine ulaşabiliyor ve öğrenmeyle bağlantılı sinyalleri başlatıyor.
Magnezyum ise farklı davranıyor. Araştırmaya göre NMDA reseptöründe magnezyum için iki belirgin bağlanma bölgesi bulunuyor: biri seçicilik filtresinin dış tarafına, diğeri iç tarafa yakın konumlanıyor.
Fakat magnezyum, kalsiyum gibi su moleküllerini kolayca bırakamıyor. Su kılıfına daha sıkı tutunduğu için dar bölgeden geçmesi enerji açısından çok daha zor hale geliyor. Bu yüzden magnezyum kanaldan geçmek yerine su molekülleri aracılığıyla burada tutunuyor ve kanal tıkacı gibi çalışıyor.
NMDA reseptörleri; hafıza kaybı, nörodejeneratif hastalıklar, epilepsi, otizm spektrum bozukluğu, gelişimsel gecikme, entelektüel yetersizlik ve şizofreni gibi birçok nörolojik ve psikiyatrik süreçle ilişkilendiriliyor. Bu sebeple kalsiyum geçirgenliği ve magnezyum blokajının nasıl çalıştığını daha iyi anlamak, gelecekte bu reseptörleri daha hassas biçimde hedefleyen tedavi stratejilerinin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.
Kaynak: Nature Neuroscience