I Ricercatori creano alle le proteine calcio sensibili che rispondono rapidamente ai cambiamenti nell'attività del neurone

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

I ricercatori di Princeton University hanno creato “souped„ sulle versioni alle delle proteine calcio sensibili che per la decade passata o così hanno dato a scienziati una visualizzazione e ad una comprensione ineguagliabili della comunicazione della cellula cerebrale.

Il 18 luglio Riferito nelle Comunicazioni della Natura del giornale, le proteine migliorate sviluppate a Princeton rispondono rapidamente ai cambiamenti nell'attività del neurone e possono essere personalizzate per reagire alle tariffe differenti e più veloci di attività del neurone. Insieme, queste caratteristiche davrebbero a scienziati un parere più preciso e più completo di attività del neurone.

I ricercatori hanno cercato di migliorare la funzione delle proteine conosciute come i sensori fluorescenti verdi proteina della calmodulina/della proteina (GCaMP), un'amalgama di varie proteine naturali che sono un modulo popolare delle proteine del sensore conosciute come gli indicatori geneticamente codificati del calcio, o GECIs. Presentato Una Volta nel cervello via la circolazione sanguigna, GCaMPs reagisce ai vari ioni del calcio in questione nell'attività delle cellule da verde fluorescente d'ardore. Gli Scienziati usano questa fluorescenza per rintracciare il percorso dei segnali neurali in tutto il cervello mentre accadono.

GCaMPs e l'altro GECIs sono stati inestimabili alla neuroscienza, hanno detto Samuel Wang autore, un professore associato di Princeton di biologia molecolare e l'Istituto corrispondente della Neuroscienza di Princeton. Gli Scienziati hanno utilizzato i sensori per osservare i segnali del cervello in tempo reale e per approfondire le reti neurali precedentemente oscure come quelli nel cervelletto. GECIs è necessario per il Presidente Barack Obama di Iniziativa del CERVELLO annunciato ad aprile, Wang ha detto. Il progetto stimato $3 miliardo per mappare l'attività di ogni neurone nel cervello umano non può essere fatto con i metodi tradizionali, quali le sonde che fissano alla superficie del cervello. “Non c'è modo possibile completare quel progetto con gli elettrodi, in modo da dovete farlo con altri strumenti - GECIs è quegli strumenti,„ ha detto.

Malgrado il loro valore, tuttavia, le proteine ancora sono limitate quando si tratta del continuare con i modi di andatura veloce e ad alta tensione delle cellule cerebrali ed i vari gruppi di ricerca hanno tentato di indirizzare queste limitazioni nel corso degli anni, Wang ha detto.

“GCaMPs ha dato finora i contributi significativi alla neuroscienza, ma ci sono stati alcuni limiti ed i ricercatori stanno funzionando su contro quei limiti,„ Wang ha detto.

Un'imperfezione è che GCaMPs è circa un decimo di un secondo più lento di neuroni, che possono infornare le centinaia di periodi al secondo, Wang ha detto. Le proteine attivano dopo che i segnali neurali cominciano e tracciano l'estremità di un segnale quando le cellule cerebrali (dai termini di un neurone) da lungo tempo hanno passato verso il qualcos'altro, Wang ha detto. Una seconda limitazione corrente è che GCaMPs può legare soltanto a quattro ioni del calcio per volta. Le Più Alte tariffe di attività delle cellule non possono completamente essere esplorate perché GCaMPs riempie rapidamente sull'attività  accompagnante di calcio.

Il Princeton GCaMPs risponde più rapidamente ai cambiamenti in calcio in moda da vedere più immediatamente i cambiamenti nell'attività neurale, Wang ha detto. Rendendo i sensori un po'più sensibili e fragili - le proteine saldano più rapidamente con calcio e vengono a parte più prontamente a smettere di emettere luce quando il calcio è rimosso - i ricercatori hanno tagliuzzato giù il tempo di reazione di approssimativamente 20 millisecondi di GCaMPs esistente a circa 10 millisecondi, Wang ha detto.

I ricercatori egualmente tweaked determinato GCaMPs per essere sensibili ai tipi differenti di concentrazioni nello ione del calcio, significanti che i tassi alti di attività neurale possono essere esplorati meglio. “Ogni sonda è sensibile ad un intervallo o un altro, ma quando li un fanno un coro piacevole,„ Wang ha detto.

I ricercatori lavorano egualmente hanno rivelato la posizione “di un grave ostacolo„ in GCaMPs che accade quando la concentrazione nel calcio è alta, che posa una terza limitazione dei sensori attuali, Wang ha detto. “Ora che sappiamo dove quel collo della bottiglia è, pensiamo che possiamo progettare la generazione seguente di proteine per ottenere intorno,„ Wang ha detto. “Pensiamo se apriamo quel grave ostacolo, noi possiamo ottenere una sonda che risponde ai segnali di un neurone in un millisecondo.„

La proteina più veloce che i ricercatori di Princeton sviluppati potrebbero accoppiare con lavoro in altri laboratori per migliorare altre aree della funzione di GCaMP, Wang ha detto. Per esempio, un gruppo di ricerca dal Howard Hughes Medical Institute ha riferito in Natura 17 luglio che ha sviluppato un GCaMP con una fluorescenza più luminosa. Tali miglioramenti sui sensori attuali aprono gradualmente più del cervello a prospezione e la comprensione, ha detto Wang, aggiungente che i ricercatori di Princeton presto presenteranno il loro sensore nella mosca e nei cervelli mammiferi.

“Ad un certo livello, che cosa abbiamo fatto è come smontare un motore, lubrificare sulle parti e rimetterlo insieme. Abbiamo catturato che cosa era allora la migliore versione della proteina ed ha fatto i cambiamenti al codice della lettera della proteina,„ Wang abbiamo detto. “Vogliamo guardare l'intera sinfonia di migliaia di neuroni facciamo la loro cosa e pensiamo che questa variante di GCaMPs ci aiuti a fare che migliore di chiunque altro ha.„

Sorgente: Princeton University

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