К примеру, дофамин образуется из тирозина, и в результате последовательности реакций получается адреналин. Существуют последовательности реакций, в которых происходит синтез нейромедиаторов и их распад. Рассмотрим это на примере дофамина. В пресинаптическом нейроне синтезированный дофамин упаковывается в пузырьки, которые, в ответ на поступивший сигнал, сливаются с пресинаптической мембраной и выпускают дофамин в синаптическую щель. Поступивший в синаптическую щель дофамин связывается с рецепторами на постсинаптической мембране и с ауторецепторами пресинаптического нейрона. Связывание нейромедиатора с рецепторами постсинаптического нейрона «включает» трансмембранный поток ионов, что приводит к изменению заряда мембраны нейрона. Изменение заряда (область переполяризации мембраны) распространяется вдоль аксона, что собственно и представляет собой нервный импульс, и сигнал идет дальше следующему нейрону. Через ауторецепторы синтез дофамина в пресинаптическом нейроне ингибируется. Неиспользованный дофамин транспортируется обратно в пресинаптический нейрон или окисляется ферментами, работающими в синаптической щели (катехоламин-о-метилтрансфераза, моноаминоксидаза и другие).
Другой нейромедиатор, серотонин, работает сходным образом. Есть нейрон, который передает сигнал, и есть нейрон, который его принимает. Передающий нейрон синтезирует серотонин. Когда поступает сигнал, серотонин выпускается в синаптическую щель и связывается с рецептором на мембране воспринимающего нейрона.
После того, как нейромедиатор серотонин поступил в синаптическую щель, часть его была использована для запуска сигнала и деполяризации постсинаптической мембраны, а часть (также как и в случае с дофамином) осталась «болтаться» в синаптической щели. Во-первых, этот неиспользованный серотонин разрушается ферментами. Но система устроена настолько экономично, что на пресинаптической мембране (то есть на мембране подавшего сигнал нейрона) «сидит» специальный белок — транспортер серотонина, который, как хорошая хозяйка, закладывает обратно на хранение неиспользованный серотонин. Оказалось, что генетически детерминированы две формы этого белка-транспортера, одна работает быстро, а другая медленно. Ниже показано, чем на уровне ДНК отличаются эти две формы. Оказалось, что различие между ними вызвано различием в регуляторной области гена.
Вставка в регуляторном участке гена транспортера серотонина ("длинный аллель”).
У гомозигот по длинному аллелю уровень синтеза данного белка в 2 раза выше, чем у гомозигот по короткому аллелю, что ассоциируется с повышенной склонностью к депрессии при неблагоприятных жизненных событиях.
Если белка-транспортера много, то серотонин поступает в синаптическую щель, и тут же начинает закачиваться обратно. Рецепторы, даже не успевают толком на него среагировать — это случай склонности к депрессии и, возможно, повышенной частоты самоубийств. Лекарства от депрессии блокируют работу транспортера серотонина и дают возможность серотонину сделать свою работу.
Для исследования связи между генотипом по гену серотонина и склонностью к депрессии провели следующий эксперимент. Выборку молодых людей до 26-летнего возраста опросили о том, какие тяжелые переживания достались на их долю, и о том, бывает ли у них депрессия, а затем определили, какие аллели он по гену транспортера серотонина они несут. Оказалось, что существует связь между перенесенными стрессами и сообщениями о депрессии в зависимости от того, какой вариант гена транспортера серотонина они несли. Люди с высокоактивным белком-транспортером серотонина чаще испытывают депрессию по мере накопления негативных событий в их жизни, чем те, у кого транспортер обладает низкой активностью. Если же негативных событий в жизни было мало, то различия между людьми с разными генотипами не были обнаружены.
Сейчас выявлено около 60 генов, регулирующих передачу нервного импульса в разных системах мозга.
Выше упоминался фермент моноаминоксидаза А (МАОА), который разрушает нейротрансмиттеры, оставшиеся в синаптической щели. Этот ген привлек внимание ученых, когда была обнаружен семья с мутацией в этом гене. На прием к врачу пришла женщина, которая хотела иметь ребенка, но боялась, что ребенок будет болен, — у нее в семье мужчины (не все, но многие) отличались высокой агрессивностью (немотивированная агрессия и легкая степень умственной отсталости). Когда они были обследованы, оказалось, что это не просто дурной характер, а генетически детерминированное заболевание. Родословная этой семьи представлена на рисунке (темные кубики — больные мужчины, кружочки с ромбиком в центре обозначают женщин-носительниц мутации).