28.10.2016
Редакция Naked Science

Биологи научились люминесценции нейронных ансамблей

Американские ученые разработали биолюминесцентный сенсор для анализа нейронной активности методом оптогенетики. В отличие от флуоресцентных аналогов новый сенсор позволяет следить за активностью целых нейронных ансамблей и не зависит от внешних источников освещения.

9db3a936903779
©Wikipedia

Оптогенетика — метод изучения работы клеток (часто нейронов) путем введения в их мембрану свет-чувствительных рецепторов. В сценарии подавления на рецептор (каналродопсин) воздействуют синим лазером, что открывает доступ притоку в клетку ионов натрия. Затем на связанный с рецептором белок (он вводится внутрь нейрона) направляют зеленый лазер и тот подсвечивает клетки, которые экспрессируют рецептор. Для активации используют рецептор меланопсин — вместо ионов натрия он открывает доступ ионам кальция, накопление которых вызывает возбуждение нейрона. Таким образом ученые могут активировать или подавлять клетки мозга, наблюдая за эффектами.

 

В сравнении с классической электростимуляцией оптогенетика позволяет манипулировать отдельными нейронами и проводить тонкую настройку нейронных связей. Потенциально процедура также может осуществляться неинвазивно — без имплантирования в клетку подсвечивающего белка. Однако современные инструменты оптогенетики основаны на явлении флуоресценции, что ограничивает применение метода. Так, активация флуоресцентного белка требует постоянного воздействия светом — это может приводить к феномену автофлуоресценции, когда испускать свет начинают другие, не задействованные в эксперименте клетки. Кроме того, такие зонды не позволяют изучать крупные нейронные комплексы.

 

В качестве альтернативы ученые из Университета Вандербильта разработали биолюминесцентный сенсор CalfluxVTN на основе синтетической люциферазы NanoLuc. Этот фермент был синтезирован ранее при изучении черноглазой креветки (Oplophorus gracilirostris) и отличается повышенной интенсивностью свечения. Для исследования люцифераза была генетически отредактирована таким образом, чтобы ее активация вызывалась ионами кальция, при этом повторного воздействия лазером для активации не требовалось. Фермент подсвечивает клетку в ответ на само возбуждение нейрона — приток ионов кальция.

 

На первом этапе сенсор тестировался на культуре клеток из почек человека. Затем, для проверки рабочего диапазона клеток, которые сенсор может подсвечивать, он имплантировался в нейроны гиппокампа мышей, зараженные аденоассоциированным вирусом. Активация люциферазы (после воздействия светом на рецептор) вызывалась добавлением тапсигаргина и гистамина, а в случае нейронов — всплеском ионов калия, который выступал побочным эффектом деполяризации их мембраны.

 

Сравнение максимальной интенсивности свечения CalfluxVTN и Nano-lantern / © Jie Yang et al.

 

Результаты показали, что яркость нового сенсора в 30–50 раз превышает аналог — Nano-lantern и в 100–150 раз — показатели других люминесцентных сенсоров. При этом интенсивность люминесценции напрямую зависела от уровня стимуляции свет-чувствительного рецептора. Благодаря генетическому редактированию новый датчик оказался высокоспецифичен и был невосприимчив к другим элементам деполяризации — ионам натрия, калия, магния. Испытания на нейронах подтвердили, что сенсор может использоваться на больших группах клеток: в эксперименте авторам удалось применить его к 10 процентам популяции гиппокампальных нейронов.

 

По словам ученых, технология может стать альтернативой флуоресцентным зондам. Следующим шагом станет оценка чувствительности сенсора на отдельных клетках. Признаки такой чувствительности прослеживаются, отметили авторы.

 

Статья опубликована в журнале Nature Communications.

 

Каталитическая реакция люциферазы NanoLuc в ответ на добавление тапсигаргина в клетки печени / © Jie Yang et al.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
17 октября
Александр Березин

В составе твердых экзопланет доля железа может быть заметно выше, чем следует из состава их звезд. Это способно влиять на обитаемость экзопланет.

Позавчера, 16:33
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

Вчера, 11:56
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

Позавчера, 16:33
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: