Множество когнитивных процессов происходит в течение миллисекунд, секунд, минут. Нейробиологи долгое время жаждали поймать нейронную активность в таких коротких временных рамках, но эти мечты оставались трудноосуществимыми. До недавнего момента. Команда исследователей из МТИ и Стэнфордского университета разработала новый способ метить нейроны сразу во время того, как они становятся активными, по существу обеспечивая их «моментальный снимок» в определённый момент времени. Статья о нём опубликована в Nature Biotechnology.
Создатели надеются, что этот подход сможет предложить новый взгляд на нейронные функции. По их словам, данный метод позволяет метить клетки и сразу же наблюдать за ними благодаря тому, что он предлагает большее временное разрешение, чем текущие техники, которые захватывают активность клеток через временные окна в часы или даже дни. Команда надеется, что их технологию смогут использовать наряду с другими для исследований нейрональных сетей, вовлечённых в процессы памяти и обучения.
Чтобы обеспечить избирательное определение и манипулирование активными нейронами, разработан FLARE (for Fast Light- and Activity-Regulated Expression) – сконструированный транскрипционный фактор, который управляет экспрессией флуоресцентных белков, белков-опсинов или других генетически закодированных «инструментов» только в том подмножестве нейронов, которые были активны в течение временного окна, определённого самим исследователем.
Схема строения FLARE. Слева компоненты комплекса в темноте, при низких уровнях Ca+2, справа в том случае, когда имеется воздействие светом и высокий уровень ионов Ca+2. Источник: Wenjing Wang et al.
FLARE распознает совпадение во времени повышенного уровня кальция в цитозоле и внешнего синего света, которые вместе создают изменения в транскрипционном факторе, закреплённом в мембране, и позволяют ему попасть в ядро, чтобы простимулировать экспрессию любого трансгена. Так как все составные части инструмента доставляются с помощью вирусных векторов, по существу этот метод можно применять на любом модельном организме.
Один из важных классов инструментов для изучения активности нейронов на данный момент представляют собой индикаторы флуоресценции в реальном времени, включающие GCaMP, красители Fura-2 и Fluo-4. Однако, эти инструменты имеют два важных ограничения. Во-первых, визуализация в режиме реального времени технически сложна и ограничивается небольшими полями зрения. Во-вторых, эти показатели позволяют лишь пассивно наблюдать, но не реагировать: например, выборочно манипулировать подмножеством нейронов на основе истории их активности.
Также учёные проверили, может ли FLARE использоваться для функциональной реактивации выбранных нейронов. Они использовали транскрипционный фактор для управления экспрессией ионного канала ChrimsonR, который активируется светом и «сшивается» с mCherry. Согласно их данным, нейроны, помеченные FLARE, действительно можно активировать повторно.
«Иметь возможность метить и затем манипулировать группами нейронов, которые активны в течение выполнения определённых задач, открывает широкий спектр исследований, которые были ранее невозможны. Например, исследователи могут изучать, что случается, когда мозг принимает быстрые решения, отвечает на стимул ассоциированный с сильными эмоциями или определяет, какое из поведений подходит к текущей ситуации», — считает один из ведущих учёных данного проекта.
По словам исследователей, это только начало, всего лишь первое поколение методики, которая уже сейчас даёт результаты, с которыми можно работать, а также строить планы по применению её в дальнейших исследованиях и возможно даже для лечения определённых болезней.
Текст: Анастасия Натрова
A light- and calcium-gated transcription factor for imaging and manipulating activated neurons by Wenjing Wang, Craig P Wildes, Tanyaporn Pattarabanjird, Mateo I Sanchez, Gordon F Glober, Gillian A Matthews, Kay M Tye & Alice Y Ting in Nature Biotechnology. Published online June 2017.
doi:10.1038/nbt.3909
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
Powered by WPeMatico
