Может ли белок, содержащийся в комаре, помочь лучше понять работу нашего мозга? Профессор Офер Йижар и его команда из отдела нейробиологии Института Вейцмана взяли светочувствительный белок, полученный из комаров, и использовали его для разработки улучшенного метода исследования сообщений, которые передаются от нейрона к нейрону в мозгу мышей. Этот метод, о котором сегодня сообщается в Neuron , потенциально может помочь ученым решить давние церебральные загадки, которые могут проложить путь к новым и улучшенным методам лечения неврологических и психических заболеваний.
Ижар и его команда в лаборатории разрабатывают так называемые оптогенетические методы — методы исследования, которые позволяют им «реконструировать» активность определенных мозговых цепей, чтобы лучше понять их функции. Оптогенетика использует белки, известные как родопсины, для контроля активности нейронов.в мозгу мыши. Родопсины — это светочувствительные белки — они наиболее известны своей ролью в органах, таких как сетчатка, а не во внутренних темных областях тела. Но родопсины в мозге мышей Ижара позволяют ему контролировать активность определенных нейронов, когда он и его команда направляют крохотный луч света в мозг мыши. Его особенно интересует связь между нейронами: какие сигналы проходят через синапсы, те промежутки, по которым движутся сигналы мозга? «Мы можем обнаружить присутствие различных нейротрансмиттеров, но разные нейроны« читают »эти нейротрансмиттеры по-разному», — говорит он. «Оптогенетика позволяет нам не только видеть« чернила », но и действительно расшифровывать« послание »».
Хотя в последние годы оптогенетические методы принесли ряд прорывных результатов в лабораториях по всему миру, они могут быть немного привередливыми. В частности, родопсины, используемые для оптогенетических исследований, имеют тенденцию быть несовершенными, когда дело доходит до контроля активности синапсов, крошечных соединений между нейронами.
Ижар и большая группа его учеников, включая доктора Матиаса Ман, доктора Инбара Сарафа Синика и Притиша Патила, полагали, что они могут создать лучшую версию родопсинов, чем те, которые доступны в настоящее время. «Мы решили осмотреться и посмотреть, какие природные решения существуют», — говорит Ижар. Оказывается, природа содержит множество разновидностей молекулы родопсина — не только в глазах животных, но и рыб, насекомых и даже млекопитающих, переносящих их в различных частях тела; некоторые, возможно, для регулирования своих циркадных циклов, другие — для целей, которые пока неизвестны. Таким образом, команда начала с длинного списка потенциальных белков родопсина, и их первая работа заключалась в оценке того, какие из них наиболее вероятно удовлетворят их экспериментальные потребности, которые в первую очередь включали светозависимые белки, способные модулировать синаптическую активность.
Наиболее подходящим оказался родопсин от комаров. Чтобы оценить эффективность нового инструмента, созданного на основе комаров, исследователи протестировали свой метод с препаратом, который, как известно, снижает силу связи между нейронами в головном мозге. Они обнаружили, что воздействие москитного родопсина было таким же эффективным и гораздо более устойчивым.
Более того: в отличие от обычного лекарства, которое воздействует на многочисленные части мозга и которое трудно контролировать, исследователи обнаружили, что, поскольку свет влияет только на нейроны, которые производят сенсор комара, модулирующий эффект на синапсы мозга можно точно контролировать. как в пространстве, так и во времени — просто включив или выключив свет в определенных областях мозга. Затем они подтвердили полезность нового инструмента, применив его для блокирования высвобождения нейромедиатора дофамина только на одной стороне мозга: освещение полушария, экспрессирующего родопсин комара, зеленым светом привело к односторонней предвзятости в их поведении. мышей. Другими словами, они создали инструмент, который был точным, избирательным и управляемым.
«Одним из основных преимуществ родопсина от комаров является то, что он бистабильный, то есть не требует обновления, и потенциально очень специфичен, так что мы можем контролировать только те синапсы, которые нас интересуют», — говорит Ижар. «Это очень захватывающая технология, поскольку она позволит нам обнаружить роль определенных путей в мозге таким способом, который раньше был невозможен. Мы думаем, что этот белок от комаров может открыть путь к разработке целого семейства новых оптогенетических инструментов. для использования в нейробиологических исследованиях «.
