Биологи научились люминесценции нейронных ансамблей — Naked Science
28.10.2016
7 минут
Редакция

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

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.

Вчера, 14:50
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

Вчера, 17:55
6 минут
Полина Гершберг

Благодаря принятию Монреальского протокола в 1989 году прогноз по среднегодовой температуре на 2050-й улучшился на 1 °C.

Вчера, 18:58
37 минут
Александр Березин

Поток новостей показывает каждое научное открытие как необычно важное, отчего бывает сложно выделить самые значимые. Вот наша версия десятки самых выдающихся научных достижений года. Расскажем о них поподробнее.

Вчера, 14:50
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

7 декабря
4 минуты
Илья Ведмеденко

Эксперты измерили радиолокационную заметность нового шведского корвета типа «Висбю»: она оказалась чрезвычайно малой.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: