Forscher stellen Kalzium-empfindliche Proteine her, die schnell auf Änderungen in der Neuronaktivität reagieren

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

Universität von Princetons-Forscher haben „souped herauf“ Versionen der Kalzium-empfindlichen Proteine erstellt, die für das letzte Jahrzehnt oder so Wissenschaftlern eine unvergleichliche Ansicht und einem Verständnis der Gehirnzellennachrichtenübermittlung gegeben haben.

Berichtet Am 18. Juli in der Zapfen Natur-Nachrichtenübermittlung, reagieren die erhöhten Proteine, die bei Princeton entwickelt werden, schneller auf Änderungen in der Neuronaktivität und können angepasst werden, um zu den verschiedenen, schnelleren Kinetik der Neuronaktivität zu reagieren. Zusammen würden diese Eigenschaften Wissenschaftlern eine genauere und umfassendere Ansicht der Neuronaktivität geben.

Die Forscher suchten, die Funktion von den Proteinen zu verbessern, die als grüne Leuchtstoff Protein-/Calmodulinprotein(GCaMP) bekannt sind Fühler, ein Amalgam von verschiedenen natürlichen Proteinen, die ein populäres Formular von den Fühlerproteinen sind, die als genetisch kodierte Kalziumanzeiger bekannt sind, oder GECIs. Einmal eingeführt in das Gehirn über den Blutstrom, reagieren GCaMPs zu den verschiedenen Kalziumionen, die in Zellaktivität durch glühendes Leuchtstoffgrün mit einbezogen werden. Wissenschaftler verwenden diese Fluoreszenz, um den Pfad von neuralen Signalen während des Gehirns zu verfolgen, während sie geschehen.

GCaMPs und anderes GECIs sind zur Neurologie unschätzbar gewesen, entsprechenden Samuel Wang Autor, ein Princeton-außerordentlicher Professor der Molekularbiologie und das Princeton-Neurologie-Institut sagten. Wissenschaftler haben die Fühler, um Gehirnsignale in der Istzeit zu beobachten, verwendet und in vorher dunkle neurale Netze wie die im Kleinhirn zu forschen. GECIs sind für den GEHIRN Initiativen-Präsidenten Barack Obama notwendig, der im April angekündigt wird, sagte Wang. Das geschätzte Projekt $3 Milliarde, zum der Aktivität jedes Neurons im menschlichen Gehirn abzubilden kann nicht mit traditionellen Methoden, wie Fühlern erfolgt sein, die zur Oberfläche des Gehirns befestigen. „Es gibt keine mögliche Methode, dieses Projekt mit Elektroden zu beenden, also müssen Sie es mit anderen Hilfsmitteln tun - GECIs sind jene Hilfsmittel,“ sagte er.

Trotz ihres Wertes jedoch sind die Proteine noch begrenzt, wenn es um das Aufrechterhalten mit den temporeichen, Hochspannungsmethoden von Gehirnzellen geht und verschiedene Forschungsgruppen versucht haben, diese Beschränkungen im Laufe der Jahre zu adressieren, sagte Wang.

„GCaMPs haben beträchtliche Beiträge zur Neurologie bis jetzt gemacht, aber es hat einige Grenzen gegeben und Forscher werden oben gegen jene Grenzen ausgeführt,“ sagte Wang.

Ein Schwachpunkt ist, dass GCaMPs ungefähr Zehntel von einem zweiten langsameren sind, als Neuronen, die Hunderte von den Zeiten pro Sekunde abfeuern können, sagte Wang. Die Proteine aktivieren, nachdem neurale Signale anfangen, und markieren das Ende eines Signals, wenn Gehirnzellen (durch neuronale Ausdrücke) seit langem auf noch etwas weitergegangen, sagte Wang. Eine zweite Strombegrenzung ist, dass GCaMPs an vier Kalziumionen nur auf einmal binden kann. Höhere Kinetik der Zellaktivität können nicht völlig erforscht werden, weil GCaMPs schnell auf dem angeschlossenen Ansturm des Kalziums auffüllen.

Das Princeton GCaMPs reagieren schneller auf Änderungen im Kalzium, damit Änderungen in der neuralen Aktivität sofort gesehen werden, sagte Wang. Indem sie ein bisschen die Fühler empfindlicher und zerbrechlich - die Proteine kleben schneller mit Kalzium und kommen auseinander betriebsbereiter zu glühen zu stoppen, wenn Kalzium gelöscht wird - die Forscher verringerte die Antwortzeit ungefähr 20 Millisekunde von existierendem GCaMPs von zu ungefähr 10 Millisekunden herstellten, sagte Wang.

Die Forscher optimierten auch bestimmtes GCaMPs, um für die verschiedenen Baumuster von Kalziumionenkonzentrationen empfindlich zu sein und bedeuteten, dass hohe Kinetik der neuralen Aktivität besser erforscht werden können. „Jeder Fühler ist empfindlich für eine Reichweite oder anders, aber, wenn wir sie zusammenfügen, machen sie einen netten Chor,“ sagte Wang.

Der Forscher arbeiten aufdeckten auch den Einbauort eines „Engpasses“ in GCaMPs, das auftritt, wenn Kalziumkonzentration hoch ist-, die eine dritte Beschränkung der vorhandenen Fühler aufwirft, sagte Wang. „Nun da wir wissen, wo dieser Flaschenstutzen ist, denken wir, dass wir die nächste Generation von Proteinen konstruieren können, um um sie zu erhalten,“ sagte Wang. „Wir denken, wenn wir diesen Engpass erschließen, wir können einen Fühler erhalten, der reagiert auf neuronale Signale in einer Millisekunde.“

Das schnellere Protein, das die entwickelten Princeton-Forscher mit Arbeit in anderen Labors zusammenpassen konnten, um andere Bereiche von GCaMP-Funktion zu verbessern, Wang sagte. Zum Beispiel berichtete eine Forschungsgruppe aus dem Howard Hughes Medical Institute heraus in der Natur, 17. Juli dass sie ein GCaMP mit einer helleren Fluoreszenz entwickelte. Solche Verbesserungen auf vorhandenen Fühlern erschließen allmählich mehr des Gehirns zur Erforschung und Verständnis, sagte Wang und hinzufügte, dass die Princeton-Forscher bald ihren Fühler in Fliege und in Säugetier- Gehirne einführen.

„Auf irgendeinem Niveau, was wir getan haben, ist wie einen Motor auseinander nehmen, das Ölen herauf die Teile und es zurück setzen zusammen. Wir nahmen, was die beste Version des Proteins zu der Zeit war und Änderungen am Buchstabencode des Proteins vornahm,“ Wang sagten. „Wir möchten die ganze Symphonie von Tausenden Neuronen überwachen tun ihre Sache, und wir denken, dass diese Variante von GCaMPs uns hilft zu tun, dass besser als jemand anderes hat.“

Quelle: Universität von Princeton

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