Человеческий мозг может быть самым сложным объектом во Вселенной – 86 миллиардов клеток самых разных типов, образующих более 100 триллионов информационных связей. Эта сложность – устрашающая перспектива для исследователей, надеющихся разгадать, как запутанно переплетенные сети мозга вызывают как нормальное познание, так и неврологические заболевания.
Как обычно, столкнувшись с серьезной проблемой, лучше начать с малого. За последние 10 лет нейробиологи разработали так называемые "оптогенетический" инструменты, которые позволяют им использовать лучи света для включения и выключения определенных клеток или сетей клеток с генетической и пространственной точностью. Используя эти инструменты, исследователи надеются реконструировать принципы работы мозга.
Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали новый оптогенетический инструмент, который можно использовать для полного удаления отдельных клеток из сетей мозга живых животных. Исследователи считают, что новый инструмент под названием miniSOG2 позволит проводить чрезвычайно точные эксперименты, чтобы помочь исследователям понять, какой вклад каждая клетка вносит в целое.
В эксперименте исследователи использовали периферические нейроны живой плодовой мушки, которые были генетически модифицированы для экспрессии miniSOG2, а также белка, заставляющего клетки светиться. Затем исследователи подвергли нейрон номер два воздействию синего света определенной длины волны, который запускает miniSOG2 для генерации реактивного кислорода, и таким образом подвергает клетку воздействию токсичных молекул и, в конечном итоге, приводит к самоуничтожению клетки. На втором снимке, сделанном 24 часа спустя, этот нейрон исчез, но два других нейрона, которые не подвергались воздействию синего света, остались нетронутыми.
Во втором эксперименте исследователи намеревались показать, что новую технику можно использовать для изучения всех видов клеток, а не только нейронов. Они обнаружили, что избавление от определенных развивающихся клеток в личинке мухи привело к определенным изменениям в структуре крыльев взрослой мухи, продемонстрировав полезность новой техники для изучения того, как отдельные клетки способствуют развитию организма.
"Многие заболевания вызваны гибелью некоторых важных клеток," сказал Сяокун Шу, доктор философии, доцент кафедры фармацевтической химии в фармацевтической школе UCSF и старший автор нового исследования о новом оптогенетическом инструменте, которое было опубликовано в журнале Cell Chemical Biology в январе. 5, 2017. "Например, болезнь Паркинсона вызывается гибелью определенной группы нейронов, называемых дофаминергическими нейронами, в части мозга, называемой черной субстанцией. Мы можем использовать наш зонд для моделирования потери определенных типов нейронов у животных, что должно привести к более точному пониманию нормальных функций этих клеток, а также к новым способам тестирования терапевтических средств против этого вида заболеваний."