Os Pesquisadores criam as proteínas cálcio-sensíveis que respondem rapidamente às mudanças na actividade do neurônio

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

Os pesquisadores da Universidade de Princeton criaram “souped acima” das versões das proteínas cálcio-sensíveis que para a década passada ou assim deram cientistas a uma ideia e a uma compreensão incomparáveis de uma comunicação do neurónio.

O 18 de julho Relatado nas Comunicações da Natureza do jornal, as proteínas aumentadas desenvolvidas em Princeton respondem mais rapidamente às mudanças na actividade do neurônio, e podem ser personalizadas para reagir às taxas diferentes, mais rápidas de actividade do neurônio. Junto, estas características dariam a cientistas uma ideia mais precisa e mais detalhada da actividade do neurônio.

Os pesquisadores procuraram melhorar a função das proteínas conhecidas como sensores fluorescentes verdes da proteína/proteína do calmodulin (GCaMP), um amálgama das várias proteínas naturais que são um formulário popular das proteínas do sensor conhecidas como indicadores genetically codificados do cálcio, ou GECIs. Introduzido Uma Vez no cérebro através da circulação sanguínea, GCaMPs reage aos vários íons do cálcio envolvidos na actividade da pilha pelo verde fluorescente de incandescência. Os Cientistas usam esta fluorescência para seguir o trajecto de sinais neurais durante todo o cérebro enquanto acontecem.

GCaMPs e o outro GECIs foram inestimáveis à neurociência, disseram Samuel correspondente Wang autor, um professor adjunto de Princeton da biologia molecular e Instituto da Neurociência de Princeton. Os Cientistas usaram os sensores para observar sinais do cérebro no tempo real, e para investigar em redes neurais previamente obscuras tais como aqueles no cerebelo. GECIs é necessário para o Presidente Barack Obama da Iniciativa do CÉREBRO anunciado em abril, Wang disse. O projecto $3 bilhões calculado para traçar a actividade de cada neurônio no cérebro humano não pode ser feito com métodos tradicionais, tais como as pontas de prova que anexam à superfície do cérebro. “Não há nenhuma maneira possível de terminar esse projecto com eléctrodos, assim que você tem que fazê-lo com outras ferramentas - GECIs é aquelas ferramentas,” disse.

Apesar de seu valor, contudo, as proteínas são limitadas ainda quando se trata de prosseguir com as maneiras acelerado, de alta tensão de neurónios, e os vários grupos de investigação tentaram endereçar ao longo dos anos estas limitações, Wang disse.

“GCaMPs tem feito contribuições significativas para a neurociência até agora, mas houve alguns limites e os pesquisadores estão sendo executado acima contra aqueles limites,” Wang disse.

Um defeito é que GCaMPs é aproximadamente um décimo de um segundo mais lento do que os neurônios, que podem despedir centenas de por segundo das épocas, Wang disse. As proteínas activam depois que os sinais neurais começam, e marcam a extremidade de um sinal quando os neurónios têm (por termos neuronal) por muito tempo desde transportado sobre a algo mais, Wang disse. Uma segunda limitação actual é que GCaMPs pode somente ligar a quatro íons do cálcio de cada vez. Umas taxas Mais Altas de actividade da pilha não podem inteiramente ser exploradas porque GCaMPs se enche acima rapidamente na precipitação de acompanhamento do cálcio.

O Princeton GCaMPs responde mais rapidamente às mudanças no cálcio de modo que as mudanças na actividade neural sejam consideradas mais imediatamente, Wang disse. Fazendo os sensores um pouco mais sensíveis e frágeis - as proteínas se ligam mais rapidamente com cálcio e se vêm distante mais prontamente parar de incandescer quando o cálcio é removido - os pesquisadores talharam para baixo o tempo de resposta de aproximadamente 20 milissegundos de GCaMPs existente a aproximadamente 10 milissegundos, Wang disse.

Os pesquisadores igualmente tweaked determinado GCaMPs para ser sensíveis aos tipos diferentes de concentrações do íon do cálcio, significando que as taxas altas de actividade neural podem melhor ser exploradas. “Cada ponta de prova é sensível a uma escala ou outra, mas quando nós os unimos fazem um coro agradável,” Wang disse.

Os pesquisadores trabalham igualmente revelaram o lugar de um “gargalo” em GCaMPs que ocorre quando a concentração do cálcio é alta, que levanta uma terceira limitação dos sensores existentes, Wang disse. “Agora que nós sabemos onde esse pescoço da garrafa está, nós pensamos que nós podemos projectar a próxima geração de proteínas obter em torno dela,” Wang disse. “Nós pensamos se nós abrimos esse gargalo, nós podemos obter uma ponta de prova que responda aos sinais neuronal em um milissegundo.”

A proteína mais rápida que os pesquisadores de Princeton desenvolvidos poderiam emparelhar com o trabalho em outros laboratórios para melhorar outras áreas da função de GCaMP, Wang disse. Por exemplo, um grupo de investigação fora do Howard Hughes Medical Institute relatou na Natureza 17 de julho que desenvolveu um GCaMP com uma fluorescência mais brilhante. Tais melhorias em sensores existentes abrem gradualmente mais do cérebro à exploração e a compreensão, disse Wang, adicionando que os pesquisadores de Princeton introduzirão logo seu sensor na mosca e em cérebros mamíferos.

“A algum nível, o que nós fizemos é como desmontar um motor, lubrific acima das peças e a colocação dele para trás junto. Nós tomamos o que era a melhor versão da proteína naquele tempo e fazia mudanças ao código da letra da proteína,” Wang dissemos. “Nós queremos olhar a sinfonia inteira dos milhares de neurônios fazemos sua coisa, e nós pensamos que esta variação de GCaMPs nos ajudará a fazer que melhor do que qualquer um tem mais.”

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