211service.com
Fluorescerend eiwit verlicht de innerlijke werking van de hersenen
Interacties tussen neuronen omvatten zowel chemische als elektrische signalering. Decennialang hebben neurowetenschappers gezocht naar een niet-invasieve manier om de elektrische component te meten. Door dit te bereiken, kan het gemakkelijker worden om te bestuderen hoe de hersenen werken en hoe neurologische aandoeningen de werking ervan schaden.
Oplichten: Het toepassen van spanning op de hier getoonde neuronen veroorzaakte een toename van de fluorescentie.
Een veelbelovende benadering is het volgen van neuronale elektrische activiteit met fluorescentie, die vrij gemakkelijk in cellen kan worden geïntegreerd door middel van genetica of door gehecht te zijn aan antilichamen, maar die toxisch kan zijn en langzaam werkt. Vorige week introduceerden onderzoekers een nieuwe kandidaat - een fluorescerend eiwit van een Dode Zee-microbe - die beter uitgerust lijkt te zijn voor de uitdaging.
Het eiwit, archaerhodopsin-3 of Arch genaamd, werd meer dan 10 jaar geleden ontdekt, maar wetenschappers beginnen nu pas zijn potentieel als onderzoeksinstrument te beseffen. In een vorig jaar gepubliceerd onderzoek gebruikten onderzoekers licht om een elektrische reactie van Arch op te wekken die overactieve neuronen tot zwijgen bracht - een benadering die zou kunnen leiden tot nieuwe therapieën voor epilepsie en andere epileptische aandoeningen.
In deze studie namen de onderzoekers de tegenovergestelde richting en gebruikten ze elektriciteit om veranderingen in de fluorescentie van Arch op te wekken. De aanpak zou kunnen leiden tot nauwkeurigere methoden voor het opnemen van elektrische signalen van de hersenen.
De resultaten, gepubliceerd in Natuur Methoden , geven aan dat Arch de niet-invasieve spanningssensor zou kunnen zijn waarnaar neurowetenschappers op zoek waren: het is niet giftig voor cellen, en het is gevoelig en snel genoeg om de snelle elektrische veranderingen op te vangen die gepaard gaan met neuronale activiteit.
Het ziet er in een orde van grootte beter uit dan alle andere optische beeldvormingsmethoden die ik eerder heb gezien, zegt Darcy Peterka , een neurowetenschapper aan de Columbia University die niet betrokken was bij het onderzoek.
De standaardmethode voor het registreren van elektrische activiteit in neuronen in celcultuur - waarbij een elektrode in de cel wordt gestoken - blijft het meest nauwkeurig voor het meten van spanning op een enkel punt in de cel. Maar door een neuron met een elektrode door te prikken, wordt het uiteindelijk gedood, terwijl Arch onderzoekers het elektrische signaal zou laten volgen terwijl het zich door de cel voortplant. Het zou onderzoekers ook in staat stellen om steeds opnieuw vanuit dezelfde cel op te nemen, waardoor langdurige experimenten mogelijk zouden zijn die met de standaardmethode niet mogelijk zouden zijn.
Het hangt er echt van af welke wetenschappelijke vragen je probeert te beantwoorden, zegt Adam Cohen , een biofysica-onderzoeker aan de Harvard University en de hoofdauteur van de nieuwe studie.
De studie werd uitgevoerd in gekweekte muisneuronen, maar Cohen en zijn collega's zijn van plan om Arch te gebruiken om neuronale activiteit bij levende dieren te meten, te beginnen met eenvoudige organismen, zoals de zebravis en de worm. C. elegans . Een voordeel van deze dieren is dat ze transparant zijn, waardoor het fluorescerende signaal gemakkelijk door een microscoop te zien is.
Arch zou ook nuttig kunnen zijn voor het afbeelden van elektrische signalen in de hersenen van zoogdieren, vooral voor experimenten met muizen, die genetisch gemanipuleerd zouden kunnen worden om het eiwit tot expressie te brengen in specifieke neuronen of op specifieke momenten in ontwikkeling, bijvoorbeeld.
De uitdaging om de benadering op dieren over te dragen, is ervoor te zorgen dat het fluorescerende signaal sterk en consistent blijft. In het levende brein wordt licht geabsorbeerd, bijvoorbeeld door bloed, waardoor je licht verliest, zegt: Ed Boyden , de onderzoeker aan het MIT die de studie leidde die Arch gebruikte om neuronen tot zwijgen te brengen.
De fluorescentie die door Arch wordt afgegeven, is ook niet zo helder als sommige andere beschikbare kleurstoffen, maar de lage toxiciteit maakt dit minder zorgwekkend, omdat onderzoekers dit zouden kunnen compenseren door hogere concentraties te gebruiken. Het feit dat ze het goed hebben laten werken in muisneuronen is een goed voorteken, zegt Peterka.