Når nerveceller skal kommunikere med hinanden i vores hjerner, sker det ved at frisætte små signalmolekyler, såkaldte neurotransmittere, der virker som kemiske sendebude i særlige kontaktpunkter mellem nervecellerne, kaldet synapser. Her bindes og registreres den frisatte neurotransmitter af receptorer på modtager-nervecellens overflade, som så igen udløser et signal, der sendes videre til andre nerveceller. De kredsløb i hjernen, der betjener sig af neurotransmitterne noradrenalin, dopamin, GABA og serotonin vides at spille en vigtig rolle for humør, belønning og psykisk velbefindende, ligesom de også er centrale i psykiske lidelser som afhængighed og depression.

Efter frisætningen af neurotransmittere mellem nerveceller skal de dog fjernes igen for at afslutte signalet. Det sker ved, at en familie af transportproteiner virker som molekylære støvsugere i nervecellens cellemembran, hvor de pumper neurotransmitteren tilbage i nervecellen til senere genbrug. Denne transport har stor betydning for signaleringen mellem nervecellerne, men sker relativt langsomt. Et samarbejdsprojekt mellem forskere fra Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Klinisk Institut og Institut for Kemi har gjort det muligt at forklare, hvad der sker i det afgørende hastighedsbegrænsende trin i transportprocessen for neurotransmittere som serotonin, noradrenalin, GABA og dopamin, som alle transporteres af beslægtede proteiner med samme mekanisme.

Kompliceret og energikrævende proces

Transport af vandopløselige neurotransmittere over en fedtholdig cellemembran er en kompliceret proces, som udfordres på samme måde som det at blande vand og olie. Processen er også energikrævende, da transportproteinerne skal arbejde mod en ophobning af neurotransmittere inde i cellen - ligesom det kræver energi at pumpe luft i en cykelslange. Drivkraften til denne neurotransmitters pumpeproces kommer fra  natriumioner, som  følger med neurotransmitteren, men som omvendt går fra en høj koncentration uden for cellen til en meget lav koncentration inde i cellen. Pumpeprocessen drives således af en strøm baseret på natriumioner. Af samme grund er det essentielt, at transportprocessen ikke kortsluttes ved, at natriumioner transporteres uden neurotransmitter, eller på anden måde lækker ioner.

Neurotransmittertransporterens første opgave er derfor at binde et neurotransmittermolekyle fra nervecellens yderside sammen med to natriumioner til et bindingssted midt i proteinet. Når de er på plads, kan transporteren udføre en dramatisk bevægelse, så bindingsstedet lukkes mod ydersiden af nervecellen og i stedet åbner mod nervecellens indre, hvor neurotransmitteren og natrium afgives. For at transporteren igen kan eksponere sit bindingssted til nervecellens ydre for at udføre en ny runde af transport, er den dog først nødt til at foretage en modsat bevægelse, nemlig fra indadvendt til udadvendt, men uden neurotransmitter og natriumioner. Denne ændring er den hastighedsbegrænsende faktor for, hvordan fx serotonintransporteren fungerer. Det har stor betydning for den overordnede tid, som et neurotransmittersignal fungerer i. Transporteren har med andre ord tendens til at blive hængende i denne indadvendte tilstand, og stoffer som amfetamin og ecstasy virker ved at kapre transporteren i netop denne tilstand og få den til at køre baglæns i stedet, så den pludselig og ukontrollabelt frisætter neurotransmittere i stedet for at fjerne dem.