Undersøgelse sporer hjernens indre funktion med ny biosensor

Et internationalt hold af forskere har taget et vigtigt skridt i retning af at få en bedre forståelse af hjernens indre funktion, herunder de molekylære processer, der kunne spille en rolle ved neurologiske lidelser.

Forskerholdet har brugt en ny biosensor til optisk at spore bevægelserne af neurotransmitteren glycin - et signalmolekyle i hjernen - for første gang.

Ledende forsker lektor Colin Jackson fra The Australian National University (ANU) sagde, at den nye undersøgelse vil hjælpe forskere med at få mere indsigt i neurologiske lidelser, der opstår på grund af dysfunktionel neurotransmitteraktivitet.

"For at forstå, hvordan hjernen fungerer på molekylært niveau, og hvordan tingene kan gå galt, vi skal forstå frigivelsen og optagelsen af ​​neurotransmittere, " sagde lektor Jackson fra ANU Research School of Chemistry.

"Neurotransmittere er for små til at se direkte, så vi lavede en ny biosensor til dem."

Glycin er en neurotransmitter i centralnervesystemet, herunder i cortex, rygrad, hjernestamme og nethinde. Det spiller en rolle i neuronal kommunikation og læring, og også i behandling af motorisk og sensorisk information, der tillader bevægelse, syn og hørelse.

Forskerholdet designede og lavede et protein til at binde glycin og fusionerede det med to andre proteiner, der er fluorescerende.

"Når det bindende protein binder til glycin, de fluorescerende proteiner ændrer deres relative positioner, og vi ser en ændring i fluorescens, som vi kan overvåge med et specielt mikroskop, " sagde lektor Jackson.

"Der var tidligere ingen måde at visualisere aktiviteten af ​​glycin i hjernevæv - vi kan gøre dette nu, hvilket er spændende.

"I fremtiden, vi ønsker at lave sensorer til andre neurotransmittere og bruge vores sensor til at se på det molekylære grundlag for visse neurologiske lidelser."

Forskningen blev finansieret af Human Frontiers in Science Fellowship Program, som finansierede lektor Jacksons team på ANU og forskere ved universitetet i Bonn i Tyskland og Institute of Science and Technology i Østrig.

Professor Christian Hennebergers team ved universitetet i Bonn i Tyskland hjalp med design af sensoren og udviklede teknikkerne til at bruge den nye biosensor i levende hjernevæv. Dette gjorde dem i stand til at se, hvordan glycinniveauer ændrer sig i realtid som reaktion på neuronal aktivitet, og hvordan glycin fordeles i levende hjernevæv.

"Sensoren gav os mulighed for direkte at teste vigtige hypoteser om glycinsignalering. Vi opdagede også, at uventet, glycinniveauer ændres under neuronal aktivitet, der inducerer læringsrelaterede synaptiske ændringer, " sagde professor Henneberger.

"Vi følger op på vores undersøgelse ved yderligere at udforske de mekanismer, der styrer glycins indflydelse på informationsbehandling i den raske hjerne og også i sygdomsmodeller."

Forskningen er publiceret i Naturens kemiske biologi .