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I ricercatori sviluppano i sensori ottimizzati per studiare i sostegni biochimici dell'apprendimento e della memoria

L'apprendimento e la memoria sono aspetti cruciali di vita di tutti i giorni. Quando impariamo, i nostri neuroni usano i segnali chimici e molecolari cambiare le loro forme e rinforzare le connessioni fra i neuroni, un trattamento conosciuto come plasticità sinaptica. Nel laboratorio di Ryohei Yasuda all'istituto di Max Planck Florida per la neuroscienza (MPFI), gli scienziati stanno lavorando per capire come queste molecole inviano i messaggi in tutto il neurone. Per raggiungere questo, il suo gruppo sta lavorando costantemente per sviluppare le tecniche di rappresentazione ad alta definizione per prevedere l'attività e la posizione delle molecole coinvolgere nel trattamento. Ada Tang, Ph.D., un ricercatore postdottorale nel laboratorio di Yasuda, nuovi biosensori molecolari sviluppati, che la hanno aiutata a prevedere l'attività di due proteine di segnalazione determinanti per plasticità sinaptica, ERK e PKA. Queste proteine inviano i messaggi ad altre proteine aggiungendo un gruppo del fosfato alle proteine bersaglio. Il gruppo ha trovato che queste proteine, che già sono state conosciute per svolgere un ruolo nella plasticità, nell'apprendimento e nella memoria sinaptici, hanno beni sorprendenti nella loro attività. L'opera è stata pubblicata nel marzo 2017 in neurone.

I Dendrites sono estensioni sottili che escono dal corpo cellulare di un neurone e ricevono i messaggi da altri neuroni. Si ramificano fuori per formare una struttura del tipo di albero, ogni ramo che estende tipicamente i dieci dei micrometri. Sono coperti dalle spine dorsali: sporgenze minuscole che ricevono gli input da altri neuroni ed iniziano i segnali molecolari dentro la cella. Quando una spina dorsale è stimolata forte, si sviluppa e rinforza per codificare le memorie. Gli scienziati precedentemente hanno usato i metodi farmacologici tradizionali come macchiare occidentale per determinare l'attività di ERK e di PKA fatti la media sopra molte celle, ma non hanno potuti visualizzare le molecole direttamente in spine dorsali dentritiche a causa del loro di piccola dimensione.

Per progettare i sensori abbastanza sensibili per visualizzare queste molecole, Tang ha creato una nuova molecola di tintura, lo sREAChet, un buio modificato ma molecola luminoso assorbente. Quando ha collegato lo sREAChet con sia la proteina fluorescente di verde (GFP) che un peptide dell'obiettivo della proteina, ha trovato che potrebbe la lettura l'attività della proteina con la sensibilità più alta 2-3 volte confrontata ai sensori precedenti. Ciò ha reso la sensibilità sufficiente per attività della rappresentazione in singole spine dorsali dentritiche. “Questi sensori saranno utili per i ricercatori in un vasto campo di biologia cellulare da ERK e PKA sono compresi in vari fenomeni in celle e la loro attività anormale è collegata con molte malattie compreso cancro e le malattie mentali,„ Yasuda spiegato.

Per dimostrare l'utilizzabilità di nuovi sensori, spine dorsali dentritiche in primo luogo stimolate del gruppo di Yasuda le diverse, poi hanno utilizzato un microscopio speciale chiamato un microscopio di vita della fluorescenza di 2 fotoni per visualizzare come l'attività di PKA e di ERK si muove da una singola spina dorsale. Con la loro sorpresa, il gruppo ha trovato che l'attività delle proteine non è restato all'interno della spina dorsale determinata, ma ha sparso molto più di 10 micrometri, lungo il dendrite, influenzante le spine dorsali vicine. La diffusione è stimata per essere circa parecchi dieci dei micrometri e potenzialmente estende in tutto un ramo dei dendrites. Il laboratorio di Yasuda precedentemente aveva indicato che stimolare appena alcune spine dorsali potrebbe piombo all'attivazione di ERK nel nucleo, ma non hanno saputo questa è stata raggiunta. Questo esperimento ha indicato che dopo che queste proteine sono attivate in una spina dorsale, il messaggio distribuisce forte in un'interurbana e potenzialmente raggiunge il nucleo. “Trovare che l'attivazione di ERK e di PKA in spine dorsali sta spargendosi per parecchi dieci dei micrometri è certamente una scoperta sorprendente per il campo,„ ha detto Tang.

Il gruppo ha preveduto un punto importante nel trattamento, ma c'è ancora parecchio da fare a capire i sostegni biochimici dell'apprendimento e della memoria.