ロシアの生物学者は、熱でニューロンをオンにすることを学びました

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ビデオ: 情報幾何学 講義 (甘利俊一、前半) ※音声修正済み 2023, 2月
ロシアの生物学者は、熱でニューロンをオンにすることを学びました
ロシアの生物学者は、熱でニューロンをオンにすることを学びました
Anonim
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ロシア科学アカデミーの生物有機化学研究所のVsevolodBelousovが率いる研究チームは、赤外線を使用して動物の脳内の個々のニューロンを興奮させることを可能にする技術を開発しました。これを行うために、細胞は特別な熱感受性タンパク質(ヘビのイオンチャネル)を合成することを余儀なくされ、その後赤外線レーザーで活性化されました。この作品は、ジャーナルNatureCommunicationsに掲載されました。

近年、神経科学者は、光遺伝学を使用して、生きている動物の脳内でニューロンのグループを直接選択的に活性化できる強力なツールを自由に利用できます。光遺伝学的ツールを使用することで、マウスの記憶を制御したり、記憶を消去したり、誤った記憶を導入したりすることさえ可能であることが判明しました(これについてはここで読むことができます)。ただし、その革新的な性質のすべてに対して、この方法にはいくつかの重大な欠点もあります。それらの中で最も重要なのは、可視光がニューロンの興奮の活性化因子であるという事実です。組織を透過することがほとんどないため、動物は光ファイバーを脳に移植する必要があります。さらに、光は必要なニューロンだけでなく、それ自体の視覚受容体も活性化し、望ましくない結果をもたらす可能性があります。

TRPファミリーの感熱性イオンチャネルは、神経活動の光制御に代わるものになっています。特定の温度で、これらのタンパク質は細胞膜を介してイオンを通過し始め、それはそれらが発現されるニューロンの活性化につながります。 TRPチャネルを活性化することによって動物のニューロンの興奮を制御する試みはすでに行われているが、チャネルをチャネリングする適切な方法はまだ現れていない。

RAS生物有機化学研究所の研究者は、高神経活動研究所およびモスクワ州立大学の物理学部の同僚とともに、赤外線範囲で発光するレーザーを使用して単一ニューロンを効率的に励起することを可能にする技術を開発しました。 (約1400ナノメートル)。レーザーを使用することに加えて、科学者はまた、以前に行ったように動物自身のTRPチャネルではなく、熱と伝導に対する感受性を高めたヘビのTRPA1タンパク質を使用するというアイデアを思いつきました。

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ダニオ・レリオ胚の特定のニューロンの活性化に関する実験のスキーム。 TPRA1に加えて、赤色蛍光タンパク質を発現する修飾ニューロンは赤色で示されています。

まず、この技術は、異なるヘビ種からの2つの異なるTRPA1タンパク質を発現する哺乳類細胞の培養でテストされました。個々の細胞の近くの温度変化を正確に測定できるダイヤモンドセンサーを備えた温度センサーを使用して、研究者たちはこれらのタンパク質の活性化温度を決定しました。そのうちの1つ、活性化温度が約38度の「暖かい」をマウスニューロンの培養でテストし、2番目の冷たいものをDaniorerio魚の胚に導入しました。科学者たちは、触覚に敏感な魚の体性感覚ニューロンにレーザー光線を向けることで、動物の筋収縮という形で「回避反応」を引き起こしました(言い換えれば、魚はそれに応じて尾をひきつらせました)加熱する)。ニューロンを活性化するには、ニューロンの温度を1〜3度だけ上げる必要がありました。このような穏やかな加熱は、組織の過熱に関連する毒性作用の発生を引き起こしません。

研究の著者は、マウスなどの温血動物を扱うには、摂氏約40度の活性化温度を持つTRPA1の新しいバージョンを見つける必要があることを示唆しています。しかし、光遺伝学との類推によって熱遺伝学と呼ばれる開発された技術は、間違いなく神経生物学者にとってすでに大きな価値があり、魚、ミバエなどの冷血モデル動物の脳の便利で非侵襲的な操作を可能にします。線虫。

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