Новый белковый сенсор позволяет видеть «входящие» сигналы мозга в реальном времени

Исследователи из Института Аллена и Исследовательского кампуса Дженилиа при HHMI разработали специализированный белок, способный регистрировать входящие химические сигналы от нейронов, что представляет собой значительный шаг в изучении мозговой активности. Этот молекулярный индикатор глутамата, получивший название iGluSnFR4, предназначен для точного улавливания высвобождения глутамата — основного возбуждающего нейромедиатора в центральной нервной системе. Результаты этого исследования были недавно опубликованы в журнале Nature Methods , при участии команды проекта GENIE.

Ключевой характеристикой нового сенсора является его исключительная чувствительность, позволяющая детектировать глутамат с точностью до отдельной синаптической везикулы, то есть регистрировать высвобождение отдельных порций молекул нейромедиатора. Ведущими авторами работы выступили доктор Каспар Подгорски, старший научный сотрудник Института Аллена, и доктор Джереми Хассеман из Исследовательского кампуса Дженилиа. Доктор Подгорски отметил, что ранее ученые могли отслеживать только исходящие электрические импульсы, что ограничивало понимание процессов в мозге. Новый инструмент устраняет этот барьер, позволяя напрямую мониторить, как нейроны получают информацию, что критически важно для расшифровки паттернов входов, формирующих память и когнитивные функции.

Сенсор iGluSnFR4 представлен в двух вариантах: iGluSnFR4f с быстрой деактивацией для отслеживания быстрых синаптических динамик и iGluSnFR4s с медленной деактивацией для регистрации активности больших популяций синапсов. В процессе разработки было проанализировано более тысячи вариантов, а тестирование проводилось с использованием двухфотонной микроскопии в различных областях, включая зрительную кору мышей.

Это достижение открывает новые возможности для исследований нейродегенеративных и психических заболеваний, поскольку аномальная сигнализация глутамата связана с такими патологиями, как болезнь Альцгеймера, шизофрения, аутизм и эпилепсия. Более точное отслеживание этих сигналов может ускорить поиск первопричин и разработку терапевтических средств, позволяя фармацевтическим компаниям проверять влияние экспериментальных препаратов на синаптическую активность в реальном времени. В соответствии с принципами открытой науки, сенсор iGluSnFR4 предоставляется исследовательскому сообществу через некоммерческий репозиторий Addgene, что способствует его быстрому внедрению в передовые методики, такие как нейропиксельная электрофизиология.