Styring og visualisering af receptorsignaler i neurale celler med lys

Ved hjælp af et nyt optogenetisk værktøj, forskere har med succes kontrolleret, gengivet og visualiseret serotoninreceptorsignaler i neurale celler. Til denne ende, de modificerede en lysfølsom membranreceptor i øjet, nemlig melanopsin. Som resultat, de var i stand til at tænde og slukke receptoren ved hjælp af lys; det virkede også som en sensor, der via fluorescens indikerer, om specifikke signalveje i cellen var blevet aktiveret.

Sensoren var, i øvrigt, specielt designet til at migrere til de domæner i neurale celler, der er følsomme over for neurotransmitteren serotonin. Teamet fra Ruhr-Universität Bochum, ledet af Dennis Eickelbeck og professor Stefan Herlitze, beskrev sit projekt i tidsskriftet Naturkommunikationsbiologi den 14. februar 2019.

Aktivering af signalveje med lys

Melanospin er en G-protein-koblet receptor, der er i stand til at kontrollere specifikke signalveje i cellerne. I tidligere undersøgelser, teamet på Institut for Generel Zoologi og Neurobiologi i Bochum havde indsat receptoren som et optogenetisk værktøj. Efter at have modificeret receptoren, biologerne kunne tænde det med blåt lys og slukke med gult lys. Dermed, de kunne aktivere forskellige G-protein-koblede signalveje i neurale celler ved hjælp af lys.

I deres nuværende undersøgelse, forskerne optimerede værktøjet og gjorde det til en sensor, der angiver, om en G-protein-koblet signalvej er blevet tændt. Tricket:Når sådan en signalvej er aktiveret, koncentrationen af ​​calciumioner i cellen stiger. Forskerne blandede melanopsin med et calciumindikatorprotein, hvis fluorescensintensitet stiger efter en stigning i calciumkoncentrationen i cellen. Grønt lys indikerede således, at en G-protein-koblet signalvej var blevet aktiveret.

Dobbelt farvekode

Efterfølgende, biologerne tilføjede yderligere to funktioner til deres sensor, dvs. calcium-melanopsin-lokal-sensor, Camello kort sagt. De integrerede et andet fluorescerende protein, der permanent udsender rød fluorescens.

Overvågning af det røde lys, de var i stand til at lokalisere sensoren i cellerne, uanset om en signalvej var tændt eller ej. Et rødt lys indikerede således, at Camello -sensoren var til stede, der henviser til, at et ekstra grønt lys viste, at det havde aktiveret signalveje.

Receptorhandel på bestemte domæner

Endelig, forskerne tilføjede et fragment af en serotoninreceptor til Camello. Som resultat, sensoren blev handlet til de celleområder, hvor serotoninreceptorer forekommer naturligt.

"Da serotonin er involveret i mange processer i centralnervesystemet, det spiller også en vigtig rolle i mange lidelser, såsom depression, skizofreni, angst og migræne. Vi håber, at ved at lette detaljeret forskning i transporten, lokalisering og aktivitet af relevante receptorer, vores værktøj hjælper os med at forstå mekanismerne bag disse sygdomme, ”siger Dennis Eickelbeck.