Новий білковий сенсор дозволяє в реальному часі спостерігати за вхідними сигналами мозку

Науковці з Інституту Аллена та Дослідницького кампусу Джениліа при HHMI здійснили вагомий прорив у вивченні нейронної активності, створивши спеціалізований білок, здатний фіксувати хімічні сигнали, що надходять до нейронів. Цей молекулярний індикатор глутамату, який отримав назву iGluSnFR4, розроблено для високоточного виявлення вивільнення глутамату — ключового збуджуючого нейромедіатора у центральній нервовій системі. Деталі цього дослідження, виконаного командою проєкту GENIE, нещодавно були опубліковані у престижному виданні Nature Methods.

Головна перевага нового сенсора полягає у його безпрецедентній чутливості. Він може реєструвати глутамат із точністю до однієї синаптичної везикули, тобто фіксувати вивільнення навіть окремих порцій молекул нейромедіатора. Доктор Каспар Подгорскі, старший науковий співробітник Інституту Аллена, та доктор Джеремі Хассеман з Дослідницького кампусу Джениліа виступили провідними авторами цієї роботи. Як зазначив доктор Подгорскі, раніше вчені мали змогу відстежувати лише вихідні електричні імпульси, що суттєво обмежувало розуміння внутрішніх процесів мозку. Новий інструмент долає цей бар'єр, надаючи можливість безпосередньо моніторити, яким чином нейрони отримують інформацію. Це є критично важливим для розшифровки вхідних патернів, які формують пам'ять та когнітивні функції.

Сенсор iGluSnFR4 представлений у двох варіаціях, що розширює його застосування. Перший варіант, iGluSnFR4f, має швидку деактивацію і призначений для детального відстеження швидких синаптичних процесів. Другий, iGluSnFR4s, характеризується повільною деактивацією, що ідеально підходить для реєстрації активності великих ансамблів синапсів. У процесі створення цієї системи було ретельно проаналізовано понад тисячу різних модифікацій. Тестування проводилося за допомогою двофотонної мікроскопії у різних ділянках мозку, зокрема, у зоровій корі мишей, що підтвердило його ефективність у живих моделях.

Це наукове досягнення відкриває широкі горизонти для вивчення нейродегенеративних та психічних розладів. Ненормальна глутаматна сигналізація тісно пов'язана з такими станами, як хвороба Альцгеймера, шизофренія, розлади аутистичного спектру та епілепсія. Більш точне відстеження цих сигналів може значно прискорити пошук першопричин захворювань та розробку нових методів лікування. Зокрема, фармацевтичні компанії тепер матимуть змогу в режимі реального часу оцінювати вплив експериментальних препаратів безпосередньо на синаптичну активність.

Дотримуючись принципів відкритої науки, розробники зробили сенсор iGluSnFR4 доступним для наукової спільноти через некомерційний репозиторій Addgene. Це значно сприятиме його швидкому інтегруванню у передові дослідницькі методики, включаючи нейропіксельну електрофізіологію. Завдяки цьому інструменту, ми наближаємося до глибшого розуміння того, як працює наш мозок, і як можна коригувати його дисфункції.