Beyin Sinyallerini Gerçek Zamanlı Görmeyi Sağlayan Yeni Bir Protein Sensörü Geliştirildi

Allen Enstitüsü ve HHMI'nin Janelia Araştırma Kampüsü'ndeki bilim insanları, beyin aktivitesini incelemede çığır açan bir gelişmeye imza attı. Araştırmacılar, nöronlardan gelen kimyasal giriş sinyallerini kaydedebilen özel bir protein geliştirdi. Merkezi sinir sisteminin ana uyarıcı nörotransmitteri olan glutamatın salınımını hassas bir şekilde yakalamak üzere tasarlanan bu moleküler göstergeye iGluSnFR4 adı verildi. Bu önemli çalışmanın bulguları, GENIE projesi ekibinin de katılımıyla yakın zamanda Nature Methods dergisinde yayımlandı.

Geliştirilen bu yeni sensörün en dikkat çekici özelliği, olağanüstü hassasiyetidir. Bu hassasiyet, glutamatı tek bir sinaptik vezikül düzeyine kadar tespit edebilme yeteneği anlamına geliyor; yani nörotransmitter moleküllerinin tek tek porsiyonlarının salınımını kaydetmek mümkün hale geldi. Çalışmanın baş yazarları arasında Allen Enstitüsü'nden Kıdemli Araştırma Görevlisi Dr. Kaspar Podgorski ve Janelia Araştırma Kampüsü'nden Dr. Jeremy Hasseman bulunuyor. Dr. Podgorski, daha önceki dönemlerde bilim insanlarının yalnızca nöronlardan çıkan elektriksel dürtüleri takip edebildiğini ve bunun beyin süreçlerinin anlaşılmasını kısıtladığını belirtti. Yeni araç, bu engeli ortadan kaldırarak, nöronların bilgiyi nasıl aldığını doğrudan izleme imkanı sunuyor. Bu durum, hafıza ve bilişsel işlevleri şekillendiren giriş modellerini çözmek için hayati önem taşıyor.

iGluSnFR4 sensörü, farklı dinamikleri izlemek amacıyla iki farklı versiyonla sunulmaktadır. Hızlı sinaptik dinamikleri takip etmek için hızlı inaktivasyon özelliğine sahip olan iGluSnFR4f ve daha geniş nöron popülasyonlarının aktivitesini kaydetmek için yavaş inaktivasyon özelliğine sahip olan iGluSnFR4s versiyonları mevcuttur. Bu geliştirme sürecinde binden fazla varyant titizlikle incelendi. Testler, farelerin görsel korteksi dahil olmak üzere çeşitli beyin bölgelerinde iki fotonlu mikroskopi kullanılarak gerçekleştirildi.

Bu bilimsel başarı, nörodejeneratif ve psikiyatrik hastalıkların araştırılması için yepyeni ufuklar açmaktadır. Zira glutamat sinyalizasyonundaki anormallikler, Alzheimer hastalığı, şizofreni, otizm ve epilepsi gibi durumlarla ilişkilendirilmektedir. Bu sinyallerin daha net bir şekilde izlenebilmesi, temel nedenlerin bulunmasını ve tedavi yöntemlerinin geliştirilmesini hızlandırabilir. Bu sayede ilaç şirketleri, deneysel ilaçların sinaptik aktivite üzerindeki etkilerini gerçek zamanlı olarak test etme fırsatı bulacaklardır. Açık bilim prensiplerine bağlı kalarak, iGluSnFR4 sensörü, araştırmacıların bu yenilikçi aracı hızla benimsemesini sağlamak amacıyla kar amacı gütmeyen bir depo olan Addgene aracılığıyla bilim camiasına ücretsiz olarak sunulmuştur. Bu durum, nöropiksel elektrofizyoloji gibi ileri düzey metodolojilerde sensörün kullanımını teşvik etmektedir.