Rewolucyjny czujnik białkowy pozwala obserwować sygnały wejściowe mózgu w czasie rzeczywistym

Naukowcy z Instytutu Allena oraz Kampusu Badawczego im. Janelii przy HHMI dokonali znaczącego postępu w badaniach aktywności mózgu, opracowując wyspecjalizowane białko zdolne do rejestrowania chemicznych sygnałów docierających do neuronów. Ten molekularny wskaźnik glutaminianu, nazwany iGluSnFR4, został zaprojektowany z myślą o precyzyjnym wychwytywaniu uwalniania glutaminianu – kluczowego neuroprzekaźnika pobudzającego w ośrodkowym układzie nerwowym. Odkrycia te zostały niedawno opublikowane na łamach czasopisma „Nature Methods”, a ich autorami jest zespół pracujący w ramach projektu GENIE.

Najważniejszą cechą tego nowego czujnika jest jego niezrównana czułość. Umożliwia on wykrywanie glutaminianu z dokładnością sięgającą pojedynczej pęcherzyka synaptycznego, co oznacza zdolność do rejestrowania uwolnienia nawet najmniejszych porcji cząsteczek neuroprzekaźnika. Kluczowymi postaciami w tym projekcie byli doktor Kaspar Podgorski, starszy pracownik naukowy Instytutu Allena, oraz doktor Jeremy Hasseman z Kampusu Badawczego im. Janelii. Doktor Podgorski podkreślił, że dotychczas naukowcy mogli śledzić jedynie wychodzące impulsy elektryczne, co stanowiło poważne ograniczenie w pełnym zrozumieniu procesów zachodzących w mózgu. Nowe narzędzie usuwa tę barierę, pozwalając na bezpośrednie monitorowanie sposobu, w jaki neurony odbierają informacje. Jest to absolutnie kluczowe dla rozszyfrowania wzorców wejściowych, które kształtują pamięć i funkcje poznawcze.

Wprowadzenie iGluSnFR4 na rynek badawczy odbyło się w dwóch wariantach, co świadczy o elastyczności zastosowania. Pierwszy to iGluSnFR4f, charakteryzujący się szybką dezaktywacją, idealny do śledzenia dynamicznych zmian synaptycznych. Drugi to iGluSnFR4s, cechujący się wolniejszą dezaktywacją, przeznaczony do rejestrowania aktywności większych populacji synaps. Proces tworzenia tego innowacyjnego narzędzia był żmudny – przeanalizowano ponad tysiąc różnych wariantów molekularnych. Testy przeprowadzono z wykorzystaniem mikroskopii dwufotonowej w różnych obszarach mózgu, między innymi w korze wzrokowej myszy, co pozwoliło na walidację jego skuteczności w złożonych systemach biologicznych.

To osiągnięcie otwiera zupełnie nowe horyzonty dla badań nad schorzeniami neurodegeneracyjnymi i psychicznymi. Nieprawidłowa sygnalizacja glutaminianu jest bowiem powiązana z takimi patologiami jak choroba Alzheimera, schizofrenia, autyzm czy epilepsja. Znacznie dokładniejsze śledzenie tych sygnałów może przyspieszyć identyfikację pierwotnych przyczyn tych chorób oraz rozwój skuteczniejszych metod terapeutycznych. Umożliwi to firmom farmaceutycznym testowanie wpływu eksperymentalnych leków na aktywność synaptyczną w czasie rzeczywistym, co jest krokiem milowym w farmakologii mózgu.

Zgodnie z duchem otwartej nauki, czujnik iGluSnFR4 jest udostępniany społeczności badawczej za pośrednictwem niedochodowego repozytorium Addgene. Taka dystrybucja gwarantuje szybkie wdrożenie tego innowacyjnego narzędzia do najnowocześniejszych metodologii badawczych, takich jak neuropikselowa elektrofizjologia. To sprawia, że postęp w badaniach nad mózgiem staje się szybszy i bardziej dostępny dla naukowców na całym świecie, co jest naprawdę godne odnotowania.