Память, стресс и кофеин: раскрыт секрет молекулярного сброса в клетках

В стрессовой ситуации организм активирует молекулярный механизм, который помогает быстро среагировать. Но чтобы не перегружать себя, ему нужно время на «перезагрузку». Исследование из Пенсильвании объясняет, как именно происходит этот сброс.

Физическая активность может активировать тот же стрессовый цикл, что и гормоны, усиливая выносливость организма с каждой тренировкой

Источник: unsplash

Работа, проведенная исследователями Университета штата Пенсильвания, вышла в Journal of the American Chemical Society и раскрывает, как организм сбрасывает реакцию на стресс, чтобы быть готовым к новым вызовам. Это важно не только при испуге или голоде, но и при употреблении кофеина или некоторых лекарств. Центральную роль в этой реакции играет белок PKA — протеинкиназа А, участвующая в обмене веществ, формировании памяти и других ключевых процессах.

Когда организм сталкивается со стрессом, выделяются гормоны вроде адреналина или глюкагона. Они запускают цикл, в котором образуется молекула цАМФ, циклический аденозинмонофосфат. Эта молекула активирует PKA, переключая его из неактивной формы в активную. Однако до сих пор было непонятно, как этот процесс завершает себя, позволяя системе отдохнуть и вновь включиться при необходимости.

Полноценный отдых важен для сброса стрессового цикла и восстановления нормальной работы белков внутри клеток

Источник: Unsplash

Ученые применили целый арсенал методов: от криоэлектронной микроскопии, метода визуализации с высокой точностью, до масс-спектрометрии, анализа по массе молекул, и биохимии. Они обнаружили три новые формы комплекса белков, которые появляются во время сброса системы. Это помогло лучше понять, как физически происходит переход PKA обратно в неактивное состояние.

Активация протеинкиназы А (PKA) является важнейшей частью того, как организм реагирует на стресс и голодание. Используя различные методы визуализации и биохимические методы, группа исследователей из Университета штата Пенсильвания выявила, как метаболический цикл, активирующий PKA, перезагружается между стрессовыми событиями

Источник: Varun Venkatakrishnan/Anand Lab / Penn State

Одним из ключевых игроков в этом процессе оказались белки фосфодиэстеразы, или PDE. Они удаляют цАМФ из комплекса, позволяя белку PKA вернуться в исходное положение. Исследователи отметили, что с каждым новым циклом система работает немного эффективнее — как бегун, наращивающий выносливость с тренировкой.

Интересно, что вещества вроде кофеина могут вмешиваться в этот процесс. Кофеин замедляет работу PDE, продлевая активность реакции. А препараты на основе глюкагоноподобных пептидов, например, те, что используются для подавления аппетита, тоже воздействуют на этот цикл. Если удастся управлять продолжительностью сброса, можно будет разрабатывать новые способы защиты от хронического стресса.

Кофеин мешает завершению стрессовой реакции, продлевая активность сигнальных молекул и создавая эффект бодрости

Источник: Unsplash

По словам авторов, такой комплексный подход — совмещение визуализации и химического анализа — может применяться и к другим сложным белковым механизмам, позволяя глубже понять, как клетки работают в условиях нагрузки и восстановления.

Понимание того, как организм восстанавливается после стресса и перезагружает молекулярные процессы, помогает по-новому взглянуть и на привычные стимуляторы вроде кофеина. Например, в зеленом чае он может немного усиливать обмен веществ — но только в сочетании с другими факторами. Подробнее об этом вы можете прочитать в этой статье.