Nieuwe Eiwitsensor Maakt Realtime Inzicht in Binnenkomende Hersensignalen Mogelijk

Onderzoekers van het Allen Instituut en het Janelia Research Campus van HHMI hebben een gespecialiseerd eiwit ontwikkeld dat in staat is om binnenkomende chemische signalen van neuronen te registreren. Dit markeert een significante sprong voorwaarts in de studie van hersenactiviteit. Deze moleculaire glutamaatindicator, genaamd iGluSnFR4, is specifiek ontworpen om de afgifte van glutamaat – de primaire exciterende neurotransmitter in het centrale zenuwstelsel – nauwkeurig te detecteren. De bevindingen van dit onderzoek werden recentelijk gepubliceerd in het tijdschrift Nature Methods, voortkomend uit het werk van het GENIE-projectteam.

De meest opvallende eigenschap van deze nieuwe sensor is de buitengewone gevoeligheid. Het maakt het mogelijk om glutamaat te detecteren met een precisie die overeenkomt met een enkele synaptische vesikel. Dit betekent dat de afgifte van individuele porties van de neurotransmittermoleculen kan worden geregistreerd. Dr. Caspar Podgorski, senior onderzoeker bij het Allen Instituut, en Dr. Jeremy Hasseman van de Janelia Research Campus waren de hoofdauteurs van dit werk. Dr. Podgorski benadrukte dat wetenschappers voorheen alleen de uitgaande elektrische impulsen konden volgen, wat hun begrip van de processen in de hersenen beperkte. Dit nieuwe instrument doorbreekt die barrière door een directe monitoring mogelijk te maken van hoe neuronen informatie ontvangen. Dit is cruciaal voor het ontcijferen van de inputpatronen die geheugen en cognitieve functies vormgeven.

De sensor iGluSnFR4 is beschikbaar in twee varianten om tegemoet te komen aan verschillende onderzoeksbehoeften. Er is iGluSnFR4f, gekenmerkt door een snelle deactivatie, ideaal voor het volgen van snelle synaptische dynamiek. Daarnaast bestaat iGluSnFR4s, met een langzamere deactivatie, die beter geschikt is voor het registreren van de activiteit van grotere populaties synapsen. Tijdens de ontwikkelingsfase werden meer dan duizend varianten geanalyseerd. De testen werden uitgevoerd met behulp van tweedimensionale microscopie in diverse hersengebieden, waaronder de visuele cortex van muizen.

Deze wetenschappelijke doorbraak opent deuren voor nieuw onderzoek naar neurodegeneratieve en psychiatrische aandoeningen. Abnormale glutamaatsignalering wordt namelijk in verband gebracht met pathologieën zoals de ziekte van Alzheimer, schizofrenie, autisme en epilepsie. Door deze signalen nauwkeuriger te volgen, kan de zoektocht naar de onderliggende oorzaken en de ontwikkeling van therapeutische interventies versneld worden. Farmaceutische bedrijven krijgen hierdoor de mogelijkheid om in real time het effect van experimentele medicijnen op de synaptische activiteit te beoordelen.

In lijn met de principes van open wetenschap, wordt de iGluSnFR4-sensor ter beschikking gesteld aan de bredere onderzoeksgemeenschap via het non-profitarchief Addgene. Dit faciliteert de snelle integratie ervan in geavanceerde methodologieën, zoals neuro-pixel elektrofyziologie. Het is een stap die de snelheid van ontdekking in de neurowetenschappen ten goede zal komen en hopelijk leidt tot betere behandelingen voor hersenaandoeningen.