یک ایده روشن - پروتئین های مهندسی شده ژنتیکی برای مطالعه نورون ها با استفاده از نور

یک ایده روشن - پروتئین های مهندسی شده ژنتیکی برای مطالعه نورون ها با استفاده از نور

در علوم اعصاب ، ابزارهایی برای کنترل فعال سازی و غیرفعال سازی سلولهای عصبی منفرد برای دستیابی به بینش در مورد عملکردها و خصوصیات آنها بسیار مهم است. اکنون ، دانشمندان انواع جهش یافته ای از یک پروتئین غشایی را تولید کرده اند که می تواند به طور موثر نورون ها را هنگام روشن شدن ساکت کند. با استفاده از نور سبز و قرمز به ترتیب می توان اثر خاموش کننده را به سرعت روشن و خاموش کرد ، و ابزاری پیچیده تر از آنچه در حال حاضر موجود است را فراهم می کند.

در بسیاری از تلاشهای بشر ، داشتن ابزارهای خوب برای یک کار خاص یک نیاز اساسی برای دستیابی به بهترین نتیجه ممکن است ، و علوم اعصاب از این نظر تفاوتی با سایر زمینه های علمی ندارد. با این حال ، دانشمندان علوم مغز و اعصاب هدف عظیم پرتاب نور بر عملکردهای داخلی سلول های عصبی و سلول های عصبی را برطرف می کنند و آنها برای مشاهده و کنترل شلیک سلول های عصبی برای درک بهتر عملکردهای آنها به روش های مختلف اعتماد می کنند.

اپتوژنتیک به عنوان یکی از تأثیرگذارترین موفقیت در علوم اعصاب طی دهه های اخیر در نظر گرفته شده است. این شامل استفاده از نور با فرکانس های خاص برای کنترل نورون ها در موجودات اصلاح شده ژنتیکی است. نورون ها ، مانند همه سلول ها ، "کانال های یونی" دارند - پروتئین های غشایی که می توانند باز یا بسته شوند و جریان ذرات باردار را از داخل و خارج سلول تنظیم می کنند ، بنابراین رفتار الکتریکی نورون ها را تنظیم می کنند. اکنون ، به لطف اپتوژنتیک ، می توان آنها را تغییر داد تا به نور حساس باشند - اساساً می توان از نور برای باز یا بستن این کانال ها در ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی استفاده کرد ، به محققان کنترل می کند که نورون ها در چه زمان و چه زمانی آتش می گیرند. اکنون ، یک مطالعه جدید توسط دانشمندان از اوکایاما ، ژاپن ، یک ابزار جدید امیدوار کننده مبتنی بر اپتوژنتیک برای مطالعه سلول های عصبی پیشنهاد شده است. اما چرا این ابزار برای دانشمندان علوم اعصاب بسیار جذاب است؟ بخوان تا بیشتر بدانی.

در حالی که به طور قطع اپتوژنتیک درک ما از نورون ها را تسهیل کرده است ، این روش محدودیت هایی دارد. به طور خاص ، انواع حساس به نور موجود در یون دارای بار منفی یا پروتئین های کانال "آنیون" ، که جریان یون های دارای بار منفی را تنظیم می کنند ، بسیار کمتر از یون های دارای بار مثبت یا کانال های "کاتیون" هستند (برای مثبت یونهای باردار). در حالی که از کانالهای کاتیونی حساس به نور می توان برای "فعال سازی" نورونها با استفاده از نور ، کانالهای آنیونی حساس به نور به عنوان "خاموش کننده" های نورون عمل می کنند که هنگام روشن شدن با فرکانس مناسب از شلیک نورون جلوگیری می کنند.

این مطالعه جدید توسط دانشمندان ژاپنی ، منتشر شده در مجله شیمی فیزیکی نامه ها ، گزینه های موجود برای خاموش کردن نورونهای اپتوژنتیک را گسترش می دهد و پتانسیل GtACR2 ، یک کانال آنیونی طبیعی تنظیم شده از جلبک را بررسی می کند.

دانشمندان ابتدا جهشهای استراتژیک آمینو اسیدهای GtACR2 را برای تولید کانالهای آنیونی پاسخ دهنده به نور بیشتر معرفی کردند و نتایج را با استفاده از باکتری اشریشیا کلی آزمایش کردند. آنها یک تغییر در فرکانس مورد نیاز برای باز کردن کانال را پیدا کردند. کانالهای جهش یافته GtACR2 نیز بسیار بیشتر از همتایان معمول خود باز بودند. دکتر یوکی سودو ، دکتر کیچی کوجیما و خانم ناتسوکی میوشی از دانشگاه اوکایاما ، که هدایت این مطالعه را بر عهده داشتند ، اظهار داشتند: "مهار عصبی طولانی مدت به طور منظم به روشنایی طولانی مدت تکراری نیاز دارد ؛ با این حال ، این به طور دائمی باعث گرم شدن بافت ها می شود ، و باعث تغییرات فیزیولوژیکی و رفتاری و بافتی می شود. با استفاده از باز شدن کانال طولانی مدت مشاهده شده ، جهش های GtACR2 می تواند یک خاموش کننده عصبی موثر در مقیاس های طولانی مدت با زمان روشنایی کمتر و اثرات وابسته به گرما کمتر باشد. "

جهش های GtACR2 همچنین می توانند با روشن کردن آنها با فرکانس های مختلف نور فعال و غیرفعال شوند. تابش کانال ها با نور سبز باعث باز شدن آنها ، ساکت شدن نورون می شود ، اما تابش نور قرمز باعث بسته شدن سریع آنها می شود. این ویژگی "عملکردی گام" می تواند به دانشمندان آینده کنترل دقیق تری بر وضعیت کانال ها و نورون های مرتبط بدهد و ابزاری پیچیده تر برای آزمایش های عصبی فراهم کند.

داشتن یک تکنیک خاموش سازی عصبی با ماندگاری بسیار طولانی ، در همه زمینه های علوم اعصاب چه از نظر تحقیقات اساسی و چه از نظر علمی کاربردی بسیار ارزشمند است. در همین رابطه ، دکتر کوجیما می افزاید: "در انسان ، مهار عصبی در بسیاری از پدیده های فیزیولوژیکی مانند خواب ، بیدار شدن ، ریتم شبانه روزی و ترشح هورمون نقش اساسی دارد. ما انتظار داریم که درک ما از پدیده های فوق در سطح مولکولی تسریع شود. با خاموش شدن عصبی اپتوژنتیک با استفاده از پروتئین های مهندسی شده ما ، و این منجر به توسعه درمان های جدیدی برای اختلال خواب ، جت لگ و بیماری های مرتبط با سبک زندگی می شود. " ابزاری که در این مطالعه رونمایی شد امیدوارم که به پیشرفتهای زیادی در زمینه پزشکی و علوم اعصاب منجر شود ، زیرا دانشمندان تلاش خود را برای پاسخ به یکی از سخت ترین س everالاتی که تاکنون شناخته شده ادامه می دهند: نورون ها و مغز دقیقاً چگونه کار می کنند؟