De Onderzoekers creëren calcium-gevoelige proteïnen die snel aan veranderingen in neuronenactiviteit antwoorden

Published on July 26, 2013 at 7:43 AM · No Comments

Princeton de Universitaire onderzoekers „hebben gecreeerd souped“ omhoog versies van de calcium-gevoelige proteïnen die in het afgelopen decennium of zo wetenschappers een onvergelijkelijk mening en een inzicht in hersenen-cel mededeling hebben gegeven.

Gemeld 18 Juli in de Mededelingen van de dagboekAard, de verbeterde proteïnen die in Princeton worden ontwikkeld antwoordt sneller aan veranderingen in neuronenactiviteit, en kan worden aangepast om aan verschillende, snellere tarieven van neuronenactiviteit te reageren. Samen, zouden deze kenmerken wetenschappers een nauwkeurigere en uitvoerige mening van neuronenactiviteit geven.

De onderzoekers wilden de functie van proteïnen verbeteren die als groene fluorescente proteïne/calmodulin eiwit (GCaMP) wordt bekend sensoren, een mengsel van diverse natuurlijke proteïnen die een populaire vorm van sensorproteïnen die als genetisch gecodeerde calciumindicatoren wordt bekend, of GECIs zijn. Eens geïntroduceerd in de hersenen via de bloedsomloop, reageert GCaMPs aan de diverse calciumionen betrokken bij celactiviteit door het gloeien fluorescente groen. De Wetenschappers gebruiken deze fluorescentie om de weg van neurale signalen door de hersenen te vinden aangezien zij gebeuren.

GCaMPs en andere GECIs zijn onschatbaar aan neurologie, bovengenoemde overeenkomstige auteur Samuel Wang, een verwante professor Princeton van moleculaire biologie en het Instituut van de Neurologie Princeton geweest. De Wetenschappers hebben de sensoren gebruikt om hersenensignalen in echt waar te nemen - tijd, en in eerder duistere neurale netwerken zoals die in de kleine hersenen te speuren. GECIs is noodzakelijk voor het Initiatief van HERSENEN President Barack Obama dat in April wordt aangekondigd, zei Wang. Het geschatte $3 miljard project om de activiteit van elk neuron in de menselijke hersenen in kaart te brengen kan niet met traditionele methodes, zoals sondes worden gedaan die aan de oppervlakte van de hersenen vastmaken. „Er is geen mogelijke manier om dat project met elektroden te voltooien, zodat moet u het met andere hulpmiddelen doen - GECIs is die hulpmiddelen,“ hij zei.

Ondanks hun waarde, echter, zijn de proteïnen nog beperkt wanneer het over het houden omhoog met de snelle, met hoog voltage manieren van hersenencellen komt, en diverse onderzoeksteams hebben geprobeerd om deze beperkingen in de loop van de jaren te richten, zei Wang.

„GCaMPs heeft significante bijdragen tot neurologie tot dusver geleverd, maar er zijn sommige grenzen geweest en de onderzoekers stuiten op die grenzen,“ Wang zei.

Één tekortkoming is dat GCaMPs over één tiende tweede langzamer is dan neuronen, die honderden tijden per seconde kunnen in brand steken, zei Wang. De proteïnen activeren nadat de neurale signalen, beginnen en met het eind van een signaal wanneer merken de hersenencellen (door neuronentermijnen) zich sinds lang op iets anders hebben bewogen, Wang zeiden. Een tweede huidige beperking is dat GCaMPs slechts aan vier calciumionen kan binden tegelijkertijd. De Hogere tarieven van celactiviteit kunnen niet volledig worden onderzocht omdat GCaMPs snel op de begeleidende stormloop van calcium opvult.

Princeton GCaMPs antwoordt sneller aan veranderingen in calcium zodat de veranderingen in neurale activiteit meer onmiddellijk worden gezien, zei Wang. Door de tot sensoren een gevoeliger en breekbare bit te maken - de proteïnen plakken sneller met calcium en komen apart gemakkelijker ophouden gloeiend wanneer het calcium wordt verwijderd - de onderzoekers whittled onderaan de tijd van de ruwweg 20 millisecondenreactie van het bestaan GCaMPs aan ongeveer 10 milliseconden, zei Wang.

De onderzoekers knepen gevoelig ook bepaalde GCaMPs om voor verschillende soorten calcium ionenconcentraties te zijn bedoelen, die dat de hoge tarieven van neurale activiteit beter kunnen worden onderzocht. „Elke sonde is gevoelig voor één waaier of een andere, maar wanneer wij hen samenbrengen maken zij een aardig koor,“ Wang zei.

Het werk van de onderzoekers openbaarde ook de plaats van een „knelpunt“ in GCaMPs die wanneer de calciumconcentratie hoog is, wat een derde beperking van de bestaande sensoren stelt voorkomt, zei Wang. „Nu wij weten waar die flessenhals is, denken wij wij de volgende generatie van proteïnen kunnen ontwerpen rond het te krijgen,“ Wang zei. „Wij denken als wij dat knelpunt openstellen, kunnen wij een sonde krijgen die aan neuronensignalen in één milliseconde.“ antwoordt

De snellere proteïne die de ontwikkelde onderzoekers Princeton met het werk in andere laboratoria konden in paren rangschikken om andere gebieden van GCaMP functie, Wang te verbeteren zei. Bijvoorbeeld, rapporteerde een onderzoeksteam uit het Howard Hughes Medical Institute in Aard 17 Juli dat het een GCaMP met een helderdere fluorescentie ontwikkelde. Dergelijke verbeteringen op bestaande sensoren stellen geleidelijk aan meer van de hersenen voor exploratie open en begrip, bovengenoemd Wang toevoegt, dat dat de onderzoekers Princeton spoedig hun sensor in vlieg en zoogdierhersenen zullen introduceren.

„Op één of ander niveau, is wat wij hebben gedaan als omhoog apart het nemen van een motor, het lubing van de delen en het weer verenigen van het. Wij namen wat de beste versie tegelijkertijd van de proteïne was en veranderingen in de brievencode van de proteïne aanbracht,“ Wang zeiden. „Wij willen op de gehele symfonie van duizenden neuronen letten doen hun ding, en wij denken deze variant van GCaMPs ons zal helpen doen die beter dan iedereen anders.“ heeft

Bron: De Universiteit van Princeton

Read in | English | Español | Français | Deutsch | Português | Italiano | 日本語 | 한국어 | 简体中文 | 繁體中文 | Nederlands | Русский | Svenska | Polski