Новая ЛОВУШКА для мыши: команда проверила свой метод профилирования на нейронах среднего мозга мыши (синий), которые используют нейромедиатор дофамин для отправки сигналов в область мозга, известную как прилежащее ядро. Для этого они пометили рибосомы, собирающие белок (красный), с помощью небольшого антитела, связывающего флуоресцентный белок (зеленый).
Когда дело доходит до мозга, проводка – это еще не все. Хотя нейробиологи часто используют электрические метафоры, реальность такова, что мозг не так прост, как набор проводов и цепей. В отличие от своих медных собратьев, нейроны могут вести себя по-разному в зависимости от ситуации.
Исследователи из Лаборатории молекулярной генетики Джеффри Фридмана разработали способ создания моментальных снимков экспрессии генов в нейронах на основе их связей. Эти снимки содержат исчерпывающие списки активных генов в нейронах, которые отправляют информацию в синапс, соединение между нейронами.
По словам Фридмана, их новый метод, получивший название Retro-TRAP, объединяет два подхода к пониманию мозга: картирование всех его связей и профилирование экспрессии генов в популяциях нейронов. "Мы надеемся, что Retro-TRAP будет широко использоваться и обеспечит более детальное понимание того, как функционируют сложные нервные цепи, и, в конечном итоге, приведет к более эффективному лечению неврологических и психоневрологических расстройств."
"Уточнения в нейробиологии с течением времени позволили нам исследовать, как работает нервная система, во все более подробных деталях, и разработанный нами подход продолжает эту тенденцию," говорит Матс Экстранд, научный сотрудник лаборатории. "Основываясь на существующих методах, мы теперь можем более внимательно изучить типы клеток, участвующих в конкретной цепи, и то, что они делают."
В конечном итоге, такого рода идеи могут помочь объяснить, почему некоторые заболевания, такие как болезнь Паркинсона, поражают определенные группы нейронов, или когда-нибудь позволят точно нацелить лечение на дисфункциональный нервный контур, вместо того, чтобы обливать весь мозг лекарством.
Исследователи модифицировали технику, известную как очистка сродства к рибосомам (TRAP), разработанная в Рокфеллере Натаниэлем Хайнцем, Полом Грингардом и другими, для определения экспрессии генов с использованием зеленого флуоресцентного белка для маркировки машин сборки белков, называемых рибосомами.
В исследовании, опубликованном сегодня в Cell, Ekstrand, аспирант Александр Нектоу и его коллеги описывают, как они использовали Retro-TRAP для введения зеленого флуоресцентного белка в нейрон через вирус, который перемещается назад из синапса в тело нейрона мыши. Исследователи использовали небольшое антитело, чтобы связать рибосому с флуоресцентным белком. Затем, используя эти флуоресцентные метки, исследователи извлекли рибосомы и секвенировали передаваемые через них генетические сообщения. Таким образом, они составили список активных генов.
Чтобы проверить свою технику, команда сосредоточилась на входах в хорошо изученную часть мозга, прилежащее ядро, которое объединяет информацию со всего мозга, включая области, участвующие в исполнительных функциях, памяти, депрессии, поведении, связанном с вознаграждением, кормлении и другие функции, говорит Nectow.
"Мы хотели нацелить выбранное количество входов в прилежащее ядро, потому что полагали, что сможем получить некоторые молекулярные ключи к разгадке того, почему это важно для регуляции столь многих функций," Nectow говорит.
Используя Retro-TRAP, они создали молекулярные профили нейронов, простирающихся от гипоталамуса и вентральной части среднего мозга, которые проецируются к прилежащему ядру. Результаты подтвердили, что Retro-TRAP работает.
"Прилежащее ядро получает множество сигналов от вентральной части среднего мозга через нейромедиатор дофамин, и, как и ожидалось, секвенированные нами гены включали многие из них, связанные с дофаминовыми нейронами," Nectow говорит.
Их данные также содержали некоторые новые открытия. Например, они обнаружили, что некоторые нейроны в боковом гипоталамусе экспрессируют ген p11, участвующий в депрессии. После некоторой дальнейшей работы они обнаружили, что эти нейроны также имеют тенденцию экспрессировать белок, называемый орексином, регулятором сна и питания, что предполагает молекулярную связь между депрессией и некоторыми из ее симптомов.
По словам Фридмана, Retro-TRAP объединяет два подхода к пониманию мозга: картирование всех связей внутри него и профилирование экспрессии генов в популяциях нейронов. "Мы надеемся, что Retro-TRAP будет широко использоваться и обеспечит более детальное понимание того, как функционируют сложные нервные цепи, и, в конечном итоге, приведет к более эффективному лечению неврологических и психоневрологических расстройств."