Påvisning af nye proteiner i aktive hjerner hos mus

Kompleksiteten af ​​levende ting er drevet, for en stor del, af den enorme mangfoldighed af celletyper. Da alle celler i en organisme deler de samme gener, mangfoldigheden af ​​celler skal komme fra de særlige proteiner, der udtrykkes. Celler i hjernen er generelt opdelt i neuroner og glia. Inden for disse to kategorier, imidlertid, ligger en stor mangfoldighed af celletyper, som vi først er begyndt at opdage. Mangfoldigheden af ​​celletyper i hjerne og andet væv er for nylig blevet udvidet med nye teknikker, som RNA-sekventering, der identificerer og måler de mRNA'er, der er til stede i en celle, det såkaldte transkriptom. Selvom mRNA'er er skabelonen for proteiner, transkriptomet er en dårlig proxy for proteiner, som en celle faktisk laver, proteomet. Forskere fra Max Planck Institute for Brain Research i Frankfurt udviklede nu nye metoder til at opdage ændringer i proteomet i realtid.

Bygger på tidligere teknologi, udviklet af Erin Schumans laboratorium ved Max Planck Institute og samarbejdspartnere David Tirrell fra Caltech og Daniela Dieterich fra Magdeburg University, Beatriz Alvarez-Castelao og kolleger udnyttede et protein "metabolisk" mærkningssystem. I dette system er proteiner under syntese "mærket" med en aminosyre, som er, under normale forhold, ikke til stede i disse celler. For udelukkende at mærke proteiner i en bestemt celletype, forskerholdet brugte en mutant methionyl-tRNA-syntetase (MetRS), der genkender den modificerede aminosyre. De skabte derefter en muselinje, hvori MetRS kan udtrykkes i specifikke celletyper. Når den ikke-kanoniske aminosyre administreres til de mutante MetRS-mus via drikkevandet, kun proteiner i celler, der udtrykker mutant metRS, er mærket.

Proteinerne mærket i celler kan visualiseres og genkendes med antistoffer eller kan ekstraheres og identificeres ved hjælp af massespektrometri. Alvarez-Castelao:"Vi brugte teknikken til at identificere to forskellige sæt hjerneproteiner, dem, der er til stede i excitatoriske neuroner i hippocampus, en hjernestruktur, der er vigtig for dyrenavigation og indlæring og hukommelse, og hæmmende neuroner i lillehjernen, en struktur involveret i motorisk adfærd."

Et særligt slående træk ved denne teknologi er, at man kan detektere direkte ændringer i hjerneproteiner som reaktion på et modificeret miljø. Mus, der er opvokset i et beriget sensorisk miljø med en labyrint, løbehjul, og legetøj med forskellige teksturer viste signifikante ændringer i proteomet i hippocampus, især i proteiner, der virker ved neuronale synapser. Schuman:"Vi tror, ​​at ved at kombinere denne mus med andre "sygdoms" musemodeller, denne metode kan bruges til at opdage proteinerne i bestemte celletyper og hvordan proteomer ændrer sig under hjernens udvikling, læring, hukommelse og sygdom."