211service.com
Fluorescerande protein lyser upp hjärnans inre funktioner
Interaktioner mellan neuroner involverar både kemisk och elektrisk signalering. I decennier har neuroforskare sökt efter ett icke-invasivt sätt att mäta den elektriska komponenten. Att uppnå detta kan göra det lättare att studera hur hjärnan fungerar och hur neurologiska sjukdomar försämrar dess funktion.
Lysa upp: Att applicera spänning på neuronerna som visas här orsakade en ökning av fluorescens.
Ett lovande tillvägagångssätt är att spåra neuronal elektrisk aktivitet med fluorescens, som kan integreras i celler ganska enkelt genom genetik eller genom att bindas till antikroppar, men som kan vara giftig och långsam att fungera. Förra veckan introducerade forskare en ny kandidat - ett fluorescerande protein från en mikrob från Döda havet - som verkar vara bättre rustad för utmaningen.
Proteinet, kallat archaerhodopsin-3, eller Arch, upptäcktes för mer än 10 år sedan, men forskare har precis börjat inse dess potential som ett forskningsverktyg. I en studie som publicerades förra året använde forskare ljus för att utlösa ett elektriskt svar från Arch som tystade överaktiva neuroner - ett tillvägagångssätt som kan leda till nya terapier för epilepsi och andra anfallsstörningar.
I den här studien tog forskarna motsatt väg och använde elektricitet för att framkalla förändringar i Archs fluorescens. Tillvägagångssättet skulle kunna leda till mer exakta metoder för att registrera elektriska signaler från hjärnan.
Resultaten, publicerade i Naturmetoder , indikerar att Arch kan vara den icke-invasiva spänningssensorn som neuroforskare har letat efter: Den är inte giftig för celler, och den är känslig och tillräckligt snabb för att fånga upp de snabba elektriska förändringar som åtföljer neuronaktivitet.
Det ser i storleksordning bättre ut än någon av de andra optiska bildbehandlingsmetoderna jag har sett tidigare, säger Darcy Peterka , en neuroscientist vid Columbia University som inte var involverad i studien.
Standardmetoden för att registrera elektrisk aktivitet i neuroner i cellkultur - vilket innebär att en elektrod sticks in i cellen - är fortfarande den mest exakta för att mäta spänningen vid en enda punkt i cellen. Men att punktera en neuron med en elektrod dödar den så småningom, medan Arch skulle låta forskare följa den elektriska signalen när den fortplantar sig i hela cellen. Det skulle också tillåta forskare att spela in från samma cell om och om igen, vilket möjliggör långvariga experiment som inte skulle vara möjliga med standardmetoden.
Det beror verkligen på vilka vetenskapliga frågor du försöker svara på, säger Adam Cohen , en biofysikforskare vid Harvard University och huvudförfattaren till den nya studien.
Studien genomfördes i odlade musneuroner, men Cohen och hans kollegor planerar att använda Arch för att mäta neuronaktivitet hos levande djur, med början på enkla organismer, som zebrafisken och masken C. elegans . En fördel med dessa djur är att de är genomskinliga, vilket gör det enkelt att se den fluorescerande signalen genom ett mikroskop.
Arch kan också visa sig vara användbar för att avbilda elektriska signaler i däggdjurshjärnan, särskilt för experiment på möss, som kan vara genetiskt modifierade för att uttrycka proteinet i specifika neuroner eller vid specifika tidpunkter under utveckling, till exempel.
Utmaningen med att överföra tillvägagångssättet till djur är att se till att den fluorescerande signalen förblir stark och konsekvent. I den levande hjärnan absorberas ljus – till exempel av blod – så att du förlorar ljus, säger man Ed Boyden , forskaren vid MIT som ledde studien som använde Arch för att tysta nervceller.
Fluorescensen som ges av Arch är inte heller lika ljus som några av de andra tillgängliga färgämnena, men dess låga toxicitet gör detta mindre bekymmersamt, eftersom forskare kan kompensera genom att använda högre koncentrationer. Att de fick det att fungera bra i musneuroner bådar gott, säger Peterka.