„Magneto” fehérje: géntechnológiával fejlesztve az agy és a viselkedés ellenőrzésére

Az egyesült államokbeli kutatók új módszert dolgoztak ki a komplex állati viselkedéshez kapcsolódó agyi áramkörök ellenőrzésére, géntechnológiával olyan mágnesezett fehérje létrehozására, amely távolról aktiválja az idegsejtek meghatározott csoportjait.

Az agy tudatosságának megértése az idegtudomány egyik legfőbb célja - és az egyik legnehezebb kérdése. Az elmúlt években a kutatók számos módszert fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik számukra a neuronok meghatározott csoportjainak távvezérlését és az idegsejtek működésének vizsgálatát.

Ezek közül a legerősebb az ún optogenetics, amely lehetővé teszi a kutatók számára, hogy a kapcsolódó idegsejtek populációit milliszekundum-milliszekundumonként be- vagy kikapcsolják lézerfény-impulzusokkal. Egy másik, nemrégiben kifejlesztett módszer, az ún kemogenetika, olyan dizájner fehérjéket használ, amelyeket designer gyógyszerek aktiválnak, és amelyek specifikus sejttípusokra célozhatók.

Noha erőteljes, mindkét módszer hátrányokkal jár. Az optogenetika invazív, és olyan optikai szálak behelyezését igényli, amelyek a fényimpulzusokat az agyba juttatják, és emellett a fény mértéke behatol a sűrű agyszövetbe erősen korlátozott. A kemogenetikai megközelítések felülmúlják mindkét korlátot, de tipikusan olyan biokémiai reakciókat váltanak ki, amelyek több másodpercig tartanak az idegsejtek aktiválásához.

Ben kifejlesztett új technika Ali Gülerlaboratóriuma a virginiai egyetemen Charlottesville - ben, és leírt előzetes online kiadványban a folyóiratban Nature Neuroscience, nemcsak nem invazív, hanem gyorsan és reverzibilisen is aktiválhatja az idegsejteket.

Számos korábbi tanulmány kimutatta, hogy a hő és a mechanikai nyomás által aktivált idegsejtfehérjék genetikailag módosíthatók úgy, hogy azzá váljanak rádióhullámokra érzékeny és a mágneses terek, ferritinnek nevezett vasraktározó fehérjéhez vagy szervetlen paramágneses részecskékhez kötve őket. Ezek a módszerek fontos előrelépést jelentenek - például már használták szabályozza az egerek vércukorszintjét - de több összetevőt tartalmaz, amelyeket külön kell bevezetni.

Az új technika erre a korábbi munkára épül, és a TRPV4 nevű fehérjére épül, ami érzékeny mindkét hőmérsékletre és a nyújtó erők. Ezek az ingerek megnyitják központi pórusát, lehetővé téve az elektromos áram átfolyását a sejtmembránon; ez idegimpulzusokat vált ki, amelyek a gerincvelőbe, majd az agyba jutnak.

In vivo a zebrafish viselkedés manipulálása Magneto segítségével. A zebrafish lárvák tekercselő viselkedést mutatnak
válasz a lokalizált mágneses mezőkre. Wheeler-től et al (2016).

Güler és munkatársai úgy vélekedtek, hogy a mágneses nyomaték (vagy forgó) erők aktiválhatják a TRPV4-et a központi pórus kinyitásával, ezért géntechnológiával a fehérjét a ferritin paramágneses régiójába olvasztották, rövid DNS-szekvenciákkal együtt, amelyek jelzik a sejteket a szállításhoz fehérjéket az idegsejt membránjába, és helyezze be őket.

Amikor ezt a genetikai konstrukciót bevitték a Petri-csészékben növekvő emberi embrionális vesesejtekbe, a sejtek szintetizálták a „Magneto” fehérjét és beillesztették a membránjukba. A mágneses mező alkalmazása aktiválta a TRPV1 fehérjét, amit a sejtek kalciumion-koncentrációjának átmeneti növekedése is bizonyít, amelyet fluoreszcens mikroszkóppal detektáltunk.

Ezt követően a kutatók a vírus genomjába illesztették a Magneto DNS szekvenciát, a zöld fluoreszcens fehérjét kódoló génnel és a szabályozó DNS szekvenciákkal, amelyek miatt a konstrukció csak meghatározott típusú neuronokban expresszálódik. Ezután az egerek agyába injektálták a vírust, megcélozva az entorhinalis kérget, és az állatok agyát boncolták, hogy azonosítsák a zöld fluoreszcenciát kibocsátó sejteket. Mikroelektródák segítségével megmutatták, hogy mágneses mező alkalmazása az agyszeletekre aktiválja a Magneto-t, így a sejtek idegi impulzusokat produkálnak.

Annak eldöntésére, hogy a Magneto használható-e az élő állatok neuronaktivitásának manipulálására, zsebmintás lárvákba injektálták a Magneto-t, a csomagtartóban és a farokban lévő neuronokra célozva, amelyek általában irányítják a menekülési választ. Ezután a zebrafish lárvákat egy speciálisan felépített mágnesezett akváriumba helyezték, és megállapították, hogy a mágneses mezőnek való kitettség tekercselt manővereket váltott ki, hasonlóan a menekülési válasz során bekövetkező manőverekhez. (Ebben a kísérletben összesen kilenc zebrafish lárvát vontak be, és a későbbi elemzésekből kiderült, hogy mindegyik lárva körülbelül 5 Magneto-t expresszáló neuront tartalmazott.)

Olvassa el a teljes történetet itt ...