A villogó idegsejtek elárulják a gondolatokat

A kutatók az agyi jeleket genetikailag beültetett fényforrással mérik

Az YC3.60 kaméleonfehérje fényjeinek mérése. Kísérleti elrendezés (balra) és a mért jelek szabadon mozgó egerekben (jobbra). © Mazahir T. Hasan / MPI az orvosi kutatásért
felolvasta

Az elektromos áramok az emberi szem számára láthatatlanok - legalábbis, ha fémkábeleken áramlik át. Az idegsejtekben a tudósok képesek látni az elektromos jeleket. A kutatók most megmérték az idegsejtek elektromos aktivitását az egerek érintetlen agyában. Fluoreszcens fehérjék segítségével képesek voltak megfigyelni az idegsejtek aktivitását a komplex viselkedésben. Megállapításaikat a tudósok ismertetik a "Frontiers in neurális áramkörök" folyóiratban.

{1r}

Az idegsejtek úgynevezett akciós potenciálok útján kommunikálnak egymással. A feszültségvezérelt csatornák kinyílnak, és a kalciumionok nagyon gyorsan beáramlanak a cellába. E szoros kapcsolat miatt az úgynevezett fluoreszcens kalcium indikátorfehérjék felfedhetik az akciós potenciált. Ezeknek a fehérjéknek két fluoreszcens alegységük van, amelyek sárga vagy kék fényt bocsátanak ki.

Amint a fehérjék megkötik a kalciumot, megváltozik a kék és a sárga fény aránya. Az eltérő kalciumkoncentrációk tehát a kék és a sárga fény közötti színeltolódásból olvashatók - ebből származik a "kaméleon" név.

Az akciós potenciál optikai mérése

Az YC3.60 kaméleonfehérje egy újabb változatával a heidelbergi Max Planck Orvosi Kutatóintézet kutatói, a svájci és japán kollégákkal együtt rögzítették az idegsejtek érzékenységi stimulusokra adott válaszát az egerek érintetlen agyában : Az egyes pofaszakállások légfúvással történő eltérítését a kaméleonfehérjék színének megváltozása követte az érzékszervi agykéreg idegsejtjeiben. Az érintett sejtek tehát cselekvési potenciállal reagáltak az ingerre. kijelző

"Az YC3.60 kaméleonfehérjével nemcsak az agyszeletekben, hanem a sértetlen agyban is mérhetjük az akciópotenciált. A molekula gyorsan és érzékenyen reagál, és gyorsan felismeri a kalcium koncentrációjának egymást követő változásait is "- magyarázza Mazahir Hasan, a Max Planck Orvosi Kutató Intézetének.

Tökéletes eszköz

A kutatók nemcsak az egyes sejtek, hanem az idegsejt-csoportok aktivitását is meg tudták vizsgálni. "Az YC3.60 tehát megfelelő eszköznek bizonyult az idegszövetek különböző szintű tanulmányozására. Egyrészt nyomon követhetjük a kalcium ingadozásait, és így bezárhatjuk az akciópotenciálok fejlődését és átvitelét az idegsejteken. Még jobb, ha egyszerre mérhetjük az egyes idegrendszerek és az egész agyi régiók aktivitását is "- mondja Hasan.

A kutatók ezért a következő Cham leon fehérjéket akarják bevezetni az agykéreg egy meghatározott rétegében vagy különféle idegsejtekben. "Akkor megérthetjük, hogy az idegáramkörökben lévõ különféle neuronok miként hoznak létre bonyolult viselkedést" - reméli Hasan.

Mérések elektródok nélkül

A kamillafehérjék tehát a jövőben forradalmasíthatják az agy elektromos aktivitásának tanulmányozását. Korábban a tudósoknak elektródokat kellett bevezetniük az idegszövetbe vagy a sejtekbe. Az elektródák azonban nem tudnak különbséget tenni a sejttípusok között, és károsíthatják a szövetet.

A Cham leon fehérjék színének változása viszont sokkal finomabb módon figyelhető meg üvegszálakkal, mint fényvezetők vagy modern fluoreszcens mikroszkópok - úgynevezett két-fotonos lézeres pásztázó mikroszkópok. Ezenkívül a Cham leon fehérjéket maguk a sejtek is képezhetik, ha korábban egy megfelelő DNS szegmenst vezettek be a genomba. A kutatók kísérleteiben a vírusok útmutatóként szolgáltak a Cham leon fehérjék genetikai információjának az idegsejtekbe történő átviteléhez.

A tanulmány a korábbi eredményekre épül

A korábbi tanulmányokban a Hasan körüli nemzetközi kutatócsoport először képes volt hasonló érzékenységi mintákat érzékelni olyan érzékszervi ingerekre, mint a tapintás vagy a szaglás, hasonló jellegű aktivitási minták formájában. Az YC3.60-tal végzett jelenlegi vizsgálatban a tudósok most már sok idegsejt aktivitását képesek rögzíteni egyidejűleg hosszú ideig vagy akár szabadon mozgó állatokban is.

A jövőben a kutatók a fény felhasználásával megvizsgálhatják, hogy az idegsejtek aktivitása hogyan okozza az összetett viselkedést, és hogyan alakulnak ki, és hogyan veszítik újra az emlékezetet. Ezen felül ez a technika felhasználható annak elemzésére, hogy az idegsejtek aktivitása időskorban vagy olyan betegségekben, mint például az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór vagy a skizofrénia, változik.

(MPG, 2010.05.05. - DLO)