Istraživači sa Univerziteta u Mičigenu razvili su novi alat za bolje razumevanje kako hemikalije poput dopamina i epinefrina reaguju na neurone.
Ove hemikalije su među širokim spektrom signala koji se obrađuju u mozgu preko receptora vezanih za G proteine (GPCR), proteina koji se nalaze na površini neurona da primaju poruke – u obliku proteina, šećera, masti, čak i svetlosti – koji informišu ćelijsko ponašanje.
Nalazi su objavljeni u časopisu PNAS.
GPCR su uključeni u ogroman broj bioloških funkcija, što ih čini glavnom metom za lečenje bolesti; više od jedne trećine lekova odobrenih od strane FDA cilja na GPCR. Ali da bi u potpunosti razumeli kako različiti molekuli komuniciraju sa GPCR-ovima, istraživači moraju da budu u stanju da otkriju te molekule u celom mozgu sa visokom prostornom rezolucijom.
„Izazov u našoj oblasti je postizanje prave ravnoteže između detaljnog prikaza i cele slike u mozgu“, rekao je Venjing Vang, neuronaučnik sa Instituta za prirodne nauke U-M.
Član LSI fakulteta Peng Li objasnio je da većina postojećih alata može otkriti neuronski modulator ili u malom delu mozga sa visokom prostornom rezolucijom ili u celom mozgu sa veoma niskom rezolucijom.
„Ali moramo da identifikujemo ćelije koje reaguju na neuromodulatore u različitim regionima mozga, u visokoj rezoluciji“, rekao je on.
U studiji, Vang, Li i kolege su predstavili novi hemijski alat koji postiže oba cilja za tri hemikalije koje sve ciljaju na GPCR.
Vangova laboratorija u LSI-u koristi proteinski inženjering za razvoj tehnologija koje mogu otkriti kako signalni molekuli putuju unutar mozga da bi dosegli specifične neurone i stupili u interakciju sa njima. Prethodno su kreirali alat za otkrivanje prisustva opioida, drugog partnera koji se vezuje za GPCR, na ćelijskom nivou.
Kada se molekul otkrije, alat stvara trajnu fluorescentnu oznaku u ćelijama. Tako istraživači mogu da vide specifične ćelije koje su istaknute, kao i celu sliku ćelija širom mozga.
Ovaj najnoviji rad proširuje korisnost tog senzora za otkrivanje više vrsta GPCR aktivatora, osim samo opioida. Do sada je tim testirao alat sa opioidima i epinefrinom u kultivisanim neuronima i na modelima miša. Tim je takođe proširio alat da koristi i zelenu i crvenu fluorescenciju, omogućavajući praćenje više molekula odjednom.
„Polazeći od otkrivanja samo opioida, sada imamo alat koji možemo lako da počnemo da moduliramo za različite signale koji stupaju u interakciju sa GPCR-ima“, rekao je Vang, koji je takođe docent hemije na U-M koledžu za književnost, nauku i Arts. „Cilj je da se na kraju čak i proučavaju interakcije različitih signalnih puteva istovremeno.“
Tim upozorava da, iako alatka pruža važne vizualizacije kako signali putuju kroz neurone radi postmortem analize, ne može se koristiti za praćenje hemikalija u realnom vremenu, jer je potrebno nekoliko sati da se pojavi fluorescencija. Ali nudi novi put napred za poboljšanje razumevanja neuronske signalizacije i uloge GPCR-a kao meta lekova.
„U idealnom slučaju, cilj nam je da budemo u mogućnosti da kreiramo mapu mozga za više neuromodulatora istovremeno, nudeći sveobuhvatno razumevanje mesta neuromodulacije“, rekao je Li, koji je takođe docent na Stomatološkoj školi U-M.
