Les Chercheurs produisent les protéines calcium-sensibles qui répondent rapidement aux changements de l'activité de neurone

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

Les chercheurs d'Université de Princeton ont produit « souped vers le haut » des versions des protéines calcium-sensibles que pour la décennie passée ou ont ainsi les scientifiques donnés une uniques vue et compréhension de transmission de cellule du cerveau.

Le 18 juillet Enregistré dans les Transmissions de Nature de tourillon, les protéines améliorées développées chez Princeton répondent plus rapidement aux changements de l'activité de neurone, et peuvent être personnalisées pour réagir à différent, cadences rapides d'activité de neurone. Ensemble, ces caractéristiques donneraient à des scientifiques un avis plus précis et plus complet d'activité de neurone.

Les chercheurs ont recherché à améliorer le fonctionnement des protéines connues sous le nom de senseurs fluorescents verts de protéine/protéine de calmoduline (GCaMP), amalgame des protéines naturelles variées qui sont une forme populaire des protéines de senseur connues sous le nom d'indicateurs génétiquement encodés de calcium, ou GECIs. Une Fois introduit dans le cerveau par l'intermédiaire de la circulation sanguine, GCaMPs réagissent aux ions calcium variés concernés dans l'activité de cellules par vert fluorescent rougeoyant. Les Scientifiques emploient cette fluorescence pour tracer le chemin des signes neuraux dans tout le cerveau pendant qu'ils se produisent.

GCaMPs et tout autre GECIs ont été inestimables à la neurologie, ont indiqué Samuel Wang auteur, un professeur agrégé de Princeton de biologie moléculaire et l'Institut correspondant de Neurologie de Princeton. Les Scientifiques ont utilisé les senseurs pour observer des signes de cerveau en temps réel, et pour fouiller dans les réseaux neuronaux précédemment obscurs de ce type dans le cervelet. GECIs sont nécessaire pour le Président Initiatique Barack Obama de CERVEAU annoncé en avril, Wang a dit. Le projet $3 milliards prévu pour tracer l'activité de chaque neurone dans l'esprit humain ne peut pas être fait avec des méthodes traditionnelles, telles que les sondes qui fixent à la surface du cerveau. « Il n'y a aucun moyen possible de remplir ce projet avec des électrodes, ainsi vous devez le faire avec d'autres outils - GECIs sont ces outils, » il a dit.

En Dépit de leur valeur, cependant, les protéines sont encore limitées quand il s'agit de suivre les voies rapides et à haute tension des cellules du cerveau, et les organismes de recherche variés ont essayé d'adresser ces limitations au cours des années, Wang a dit.

« GCaMPs ont apporté les cotisations significatives à la neurologie jusqu'ici, mais il y a eu quelques limites et les chercheurs font fonctionner contre ces limites, » Wang a dit.

Un point faible est que GCaMPs sont environ un dixième d'un deuxième plus lent que les neurones, qui peuvent allumer des centaines de périodes par seconde, Wang a dit. Les protéines lancent après que les signes neuraux commencent, et marquent l'extrémité d'un signe quand les cellules du cerveau (par des conditions neuronales) depuis longtemps ont passé à autre chose, Wang a dit. Une deuxième limitation actuelle est que GCaMPs peut seulement gripper à quatre ions calcium à la fois. Des Niveaux supérieurs d'activité de cellules ne peuvent pas être entièrement explorés parce que GCaMPs se remplissent rapidement sur l'afflux de accompagnement du calcium.

Le Princeton GCaMPs répondent plus rapidement aux changements du calcium de sorte que des changements de l'activité neurale soient vus plus immédiatement, Wang a dit. En rendant les senseurs un peu plus sensibles et fragiles - les protéines collent plus rapidement avec du calcium et viennent à part plus promptement pour cesser de rougeoyer quand du calcium est enlevé - les chercheurs ont taillé vers le bas le temps de réponse d'approximativement 20 millisecondes de GCaMPs existant à environ 10 millisecondes, Wang a dit.

Les chercheurs ont également tordu certain GCaMPs pour être sensibles à différents types de concentrations en ion calcium, signifiant que des hauts débits d'activité neurale peuvent mieux être explorés. « Chaque sonde est sensible à un domaine ou un un autre, mais quand nous les remontons ils effectuent un gentil choeur, » Wang a dit.

Les chercheurs travaillent ont également indiqué l'emplacement d'un « goulot d'étranglement » dans GCaMPs qui se produit quand la concentration en calcium est élevée, qui met une troisième limite des senseurs existants, Wang a dit. « Maintenant que nous savons où ce collet de bouteille est, nous pensons que nous pouvons concevoir le prochain rétablissement des protéines pour venir à bout lui, » Wang a dit. « Nous pensons si nous ouvrons ce goulot d'étranglement, nous pouvons obtenir une sonde qui répond aux signes neuronaux dans une milliseconde. »

La protéine plus rapide que les chercheurs de Princeton développés pourraient appareiller avec le travail dans d'autres laboratoires pour améliorer d'autres zones de fonctionnement de GCaMP, Wang a dit. Par exemple, un organisme de recherche hors du Howard Hughes Medical Institute a enregistré en Nature 17 juillet qu'il a développé un GCaMP avec une fluorescence plus lumineuse. De Telles améliorations sur les senseurs existants ouvrent graduellement plus du cerveau à l'exploration et la compréhension, a indiqué Wang, ajoutant que les chercheurs de Princeton introduiront bientôt leur senseur dans la mouche et les cerveaux mammifères.

« À un certain niveau, ce que nous avons fait est comme démonter une engine, la lubrifier vers le haut des pièces et la remettre ensemble. Nous avons pris ce qui était la meilleure version de la protéine alors et a apporté des modifications à l'indicatif de lettre de la protéine, » Wang avons dit. « Nous voulons observer le symphonie entier des milliers de neurones faisons leur chose, et nous pensons que cette variante de GCaMPs nous aidera à faire que meilleur que n'importe qui d'autre a. »

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