Фронтир нейронаук. Разработана «перезагружаемая» система маркировки нейронов

С помощью новой техники маркировки нейронов исследователям из Медицинского института Говарда Хьюза удалось отследить нейронную активность в мозге животного в ответ на различные стимулы и состояния. На конференции ученые представили пока неопубликованные результаты своих экспериментов.

Работа основана на методике, известной как CaMPARI (Calcium Modulated Photoactivatable Ratiometric Integrator), которую Эрик Шрайтер и его коллеги описали в 2014 году. В основу метода положен флуоресцентный белок EosFP, который изменяет цвет свечения с зеленого на красный под воздействием ультрафиолета (длина волны около 400 нм). Путем инженерных преобразований авторы создали белок, который значительно быстрее меняет свой цвет с зеленого на красный под воздействием ультрафиолета, только если в клетках присутствует кальций. Таким образом, стало возможным отследить изменение уровня кальция в нейронах, а значит, и их активность.

В предыдущей версии метода это изменение цвета было необратимым. «По сути, это был одноразовый инструмент», — говорят авторы.

Новая, обратимая, система, названная rsCaMPARI, основана на другом белке, который также окрашивает помеченные нейроны в зеленый. Когда исследователи подвергают насыщенный кальцием нейрон действию синего света, зеленая флуоресценция тускнеет, и нейрон становится темным. Преимущество это системы в том, что ее можно «перезагрузить», подвергая нейрон фиолетовому свету, под действием которого нервная клетка снова начнет флуоресцировать ярко-зеленым.

«Новый метод позволяет пометить активный ансамбль нейронов, затем «стереть» эту метку и при необходимости пометить другой ансамбль. Флуоресценция выключается только в активных нейронах», — поясняет Ферн Ша, работающий в лаборатории Шрайтера в Медицинском институте Говарда Хьюза. По словам Ша, они могут повторять эту процедуру целых десять циклов.

Команда исследователей продемонстрировала эту систему в действии на культивируемых нейронах крыс и свободно плавающих рыбках данио-рерио. Также в отдельной презентации другая команда продемонстрировала использование rsCaMPARI у свободно перемещающихся плодовых мушек. Предыдущие версии техники требовали, чтобы одиночные мухи были иммобилизованы, когда их мозг освещался лазером.

В новом методе исследователи поместили восемь плодовых мушек в одну чашку Петри и положили маленький светодиод фиолетового цвета на верхнюю часть каждой чашки. Мухи могут свободно перемещаться по чашке, в то время как на них будет действовать свет, меняя цвет активных нейронов с зеленого на красный. По словам авторов, метод позволяет ученым изучать нейронные цепи, участвующие в сложном, в том числе социальном, поведении мух.