Отец дофамина: как открытия нобелевского лауреата Пола Грингарда изменили лечение психических расстройств

13 апреля 2019 года в возрасте 94 лет умер Нобелевский лауреат по физиологии и медицине Пол Грингард. Благодаря ему мы знаем, какие химические реакции происходят внутри головного мозга, почему человеку так важен дофамин, и как необходимо лечить шизофрению и иные заболевания, связанные с нейромедиаторами. «Хайтек» вспоминает великого нейрофизиолога и его открытие, перевернувшее представления о человеческом мозге и психических расстройствах.

О смерти Пола Грингарда стало известно 13 апреля из сообщения президента Рокфеллеровского университета Ричарда Лифтона, где нобелевский лауреат проработал последние 36 лет. Лифтон заявил, что 70-летняя работа Грингарда «полностью изменила наше представление о нейробиологии».

Пол Грингард и влияние на нейробиологию

Доктор Грингард получил Нобелевскую премию в 2000 году вместе со шведским медиком Арвидом Карлссоном и американцем Эриком Канделем за независимые друг от друга открытия в области нейробиологии. У этих исследований была единая парадигма — изучение того, как клетки мозга передают сообщения о движении, памяти и эмоциональном состоянии. Их открытия позволили совсем иначе взглянуть на расстройства, связанные с нейромедиаторами. Грингард внес существенный вклад в развитие терапии болезни Паркинсона, шизофрении, биполярного расстройства и наркозависимости.

Ученый практически всю свою жизнь — более 70 лет — посвятил изучению дофамина и его влияния на клетки мозга. Его работы легли в основу многих антипсихотических лекарственных препаратов, которые модулируют силу химических сигналов в человеческом мозге.


Нейромедиаторы — биологически активные химические вещества, с их помощью осуществляется передача электрохимического импульса от нервной клетки через синаптическое пространство между нейронами, а также, например, от нейронов к мышечной ткани или железистым клеткам.

Дофамин — нейромедиатор, вырабатываемый в мозге некоторых животных и человека. Также гормон, вырабатываемый мозговым веществом надпочечников и другими тканями, но в подкорку мозга из крови этот гормон почти не проникает.

Антипсихотические препараты (антипсихотики) — психотропные препараты, предназначенные для терапии психотических расстройств; их традиционное название — нейролептики.


Исследованиями дофамина Грингард занимался с конца 1960-х до середины 1980-х годов, несмотря на полное игнорирование его исследований со стороны всего научного мира. Тогда все нейробиологи считали, что клетки мозга коммуницируют друг с другом путем электрических сигналов, а не сторонними химическими процессами, как считал Грингард.

«Был момент, когда я отчаялся и думал, что занимаюсь абсолютно бесполезными исследованиями». Пол Грингард

Пол Грингард

В итоге доктор доказал, что электрическая и химическая реакция работают только совместно. Группы фосфатов внутри клеток запускают каскад химических изменений, которые усиливают дофаминовый сигнал. Именно это, а не естественные процессы в клетках, как считало все авторитетное научное сообщество, позволяет запустить электрический сигнал.

Открытие Грингарда изменило подход науки к изучению мозга и пониманию сложных процессов в работе нейромедиаторов.

Научное становление Грингарда

Пол Грингард родился 11 декабря 1925 года в Бруклине. Его отец был актером водевиля — комедийного театрального жанра, в котором актеры исполняют коротенькие частушки и смешно танцуют. Мать — домохозяйка еврейского происхождения из Российской империи, погибшая при родах Пола. Когда Грингарду было 13 месяцев, его отец женился на женщине, входившей в Епископальную американскую церковь. Именно благодаря мачехе он получил очень строгое христианское воспитание.

О своей настоящей матери Грингард ничего не знал до начала учебы в колледже — у него не было ни только воспоминаний, но даже ни одной ее фотографии. Полученные в последствии $400 тыс. за Нобелевскую премию Грингард пустил на создание Премии Перл Мейстера-Грингарда для женщин, работающих в биомедицинских исследованиях. Ее иногда называют Нобелевской премией для женщин, работающих в нейробиологии. Эту премию он учредил в честь своей матери.

«Поскольку у меня никогда не было физических доказательство существования моей настоящей матери, я хотел сделать что-то, позволившее хоть немного сделать ее реальной». Грингард.

Пол Грингард

Он учился в обычных государственных школах в Бруклине и очень бедном Квинсе, после чего поступил на службу в военно-морской флот — в школу техников-электронщиков. Так Грингард попал в команду Массачусетского технологического института, которая работала над радиолокационной системой раннего предупреждения для защиты американских кораблей во время Второй мировой войны.

После службы будущий лауреат попал в крошечный Гамильтонский колледж гуманитарных наук в городке Клинтон, недалеко от Нью-Йорка, где стал специализироваться на физике и математике. Его отец и мачеха очень не хотели, чтобы он учился в колледже. В последующих интервью Грингард даже неоднократно называл их «антагонистами всего интеллектуального в жизни».

Увлечение теоретической физикой пришлось на разгар разработки ядерного оружия в США и огромных антимилитаристских настроений, особенно в молодом научном сообществе. В итоге он перешел в только зарождающееся поле биофизики — сферу наук на стыке математики, физики и биологии. Тогда Грингард и решил, что многие ученые занимаются исследованиями электрических сигналов нервных клеток, тогда как химические трансдукции оказались вытеснены из научного поля.

Свою докторскую степень он получил в 1953 году в возрасте 27 лет в университете Джона Хопкинса — единственного в мире места, где вообще можно было получить степень по биофизике в то время. После пяти лет работы в докторантуре перешел в Йельский университет, а в 1983 году — в Рокфеллеровский.

Эрл Сазерленд-младший

Учителем Грингарда был выдающийся нейробиолог Эрл Сазерленд-младший, работающий в университете Вандербильда. Он всю жизнь изучал химические сигналы, которые происходят в жировых и мышечных клетках в ответ на реакцию с гормонами. За это он получил Нобелевскую премию в 1971 году, а его подход заинтересовал Грингарда — ведь если один тип клеток именно таким способом передает информацию, тогда почему научное сообщество изучает только электрический способ передачи сигнала в клетках мозга. Именно тогда нейробиолог полностью сменил свое направление и начал изучать работу головного мозга и процессов, происходящих между клетками.

В Рокфеллеровском университете он прошел практически все стадии крупного ученого — начав с никому не нужного исследования в области нейробиологии, закончив важнейшим в биологии экспертом, повлиявшим на все дальнейшие научные открытия и медицину в целом.

Медленная синаптическая передача

В 60-х гг. XX века стало известно, что всем известные на тот момент дофамин, норадреналин и серотонин являются не просто гормонами, а нейромедиаторами. Но механизм их действия был никому не понятен. Спустя 10 лет исследований выяснилось, что они являются медиаторами в ЦНС и оказывают необычное воздействие на клетки-мишени.

Что же происходило? В отличие от аминокислотных медиаторов, которые действовали за миллисекунды, действие нейромедиаторов развивалось вплоть до нескольких часов. Такой способ передачи сигналов между нейронами назвали «медленной синаптической передачей».

В 1979 году Джон Эклс вместе с супругами Мак-Гир, являющихся биохимиками, написал статью, в которой назвал эффекты быстрых медиаторов — ионотропными, так как они действуют на ионные каналы, а эффекты медленных медиаторов — метаботропными. Ученый думал, что они вовлекают метаболические процессы внутри нейронов.

В это время исследования Грингарда показали, что же на самом деле происходит с медленными медиаторами. Через метаботропные рецепторы проходила синаптическая передача, вызывая внутри нервных клеток фосфорилирование (присоединение к белкам фосфатных групп, что изменяло белковые формы и функции). Связывание дофамина с рецепторами повышает в клетках содержание циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Это активировало фермент протеинкиназу А, способную фосфорилировать многие белки в нервной клетке. Среди них — мембранные белки различных ионных каналов, контролирующие возбудимость нервной клетки и обеспечивающие генерацию и передачу нервных импульсов нейроном.

Именно поэтому дофамин и другие медиаторы, действующие через метаботропные рецепторы, способны модулировать посредством этого механизма возбудимость нервных клеток и их реакции на медиаторы, действующие через ионотропные рецепторы.

Открытие Грингарда помогло глубже понять механизм действия многих лекарственных препаратов, влияющих на фосфорилирование белков в нейронах. Так оказалось, что в клетках мозга протекают еще более сложные процессы. Медиаторы, подобные дофамину, действующие через метаботропные рецепторы, могут вызывать не только фосфорилирование, но и дефосфорилирование белков. При этом многие из их сложных эффектов внутри клетки опосредуются воздействием на регуляторный белок DARPP-32, который влияет на функции других белков. Так оказались поняты эффекты некоторых некоторых антипсихотропных препаратов, которые специфически влияют на фосфорилирование белков в различных нервных клетках.

Исследования Грингарда показали, что происходит внутри клеток и как осуществляется медленная синаптическая передача. Он раскрыл, что многие нейромедиаторы (катехоламины, серотонин и некоторые нейропептиды) оказывают влияние и на биохимические процессы в цитоплазме нейронов. Именно этими метаботропными эффектами и обусловлено необычно медленное действие таких медиаторов и их длительное, модулирующее влияние на функции нервных клеток. Поэтому они вовлечены не в передачу быстрых сигналов для восприятия, движения, речи, а в сложные состояния нервной системы — эмоции, настроение, мотивацию.

Когда Грингард узнал о Нобелевской премии он сказал, что «Мы работали столько лет безо всякой конкуренции, потому что нас считали не совсем нормальными». Но зато вполне серьезно он передал свою часть премии в университетский фонд для поощрения женщин, работающих в биомедицине, и помог огромному количеству людей, сделав открытие, которое помогло вылечить многие психические заболевания.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Найден необычный способ бороться с хроническим стрессом
Наука
Посмотрите на самый редкий торнадо, который пронесся над США
Наука
Над Землей пролетел астероид, который вращался быстрее всех остальных
Космос
Ученые показали лицо женщины, которая жила 75 000 лет назад
Наука
Анализ генов показал, как древние водоросли вышли на поверхность планеты
Наука
Древняя технология поможет вырастить растения на Марсе, считают ученые
Космос
Физики из MIT добились рекордной близости между атомами для квантовых исследований
Наука
В Германии на ветряную электростанцию впервые установили деревянные лопасти
Новости
Инженеры разработали искусственную пиявку для безболезненного забора крови у детей
Наука
Solar Orbiter запечатлел «пушистую» корону Солнца в завораживающих деталях
Космос
Китай отправляет миссию на обратную сторону Луны: как смотреть онлайн
Космос
ИИ нашел асимметрию материи и антиматерии на Большом адронном коллайдере
Наука
TikTok вернулся в Россию? Что известно прямо сейчас
Новости
В Японии разработали устройство 6G, которое передает данные со скоростью 100 Гбит/с
Новости
Климатологи объяснили формирование в Антарктиде полыньи размером с Чехию
Наука
Частые кризисы повысили способность человечества выживать
Наука
Физики наблюдали кота Шредингера — превращение атомов из частиц в волну
Наука
Найдена самая глубокая дыра в мире
Наука
«Вышка» заряжает карьеру в IT
Технологии
Ученые создали клей, который работает как паутина Человека-паука (почти)
Наука