Недавняя работа показывает, что этот подход можно использовать для изменения функции мозговых цепей и поведения. Исследование опубликовано в журнале Neuron в разделе NeuroResources.Грегори Хорвиц, доцент физиологии и биофизики Медицинской школы Вашингтонского университета в Сиэтле, возглавлял исследовательскую группу. Он сказал, что этот подход позволит ученым лучше понять, какую роль играют отдельные типы клеток в сложных схемах мозга.
Исследователи надеются, что этот подход может когда-нибудь привести к разработке методов лечения таких состояний, как эпилепсия, которые можно будет вылечить путем активации небольшой группы клеток.«Мозг состоит из смеси многих типов клеток, выполняющих разные функции.
Одна из больших проблем для нейробиологии — найти способы избирательного изучения функции определенных типов клеток, не влияя на функции других типов клеток поблизости», — сказал Хорвиц. «Наше исследование показывает, что с помощью этой техники можно выборочно воздействовать на определенный тип клеток в мозге взрослого человека и практически мгновенно влиять на поведение».В своем исследовании Хоровиц и его коллеги из Вашингтонского национального исследовательского центра приматов в Сиэтле вставили ген в клетки мозжечка, небольшую структуру, расположенную в задней части мозга и спрятанную под большим головным мозгом мозга.
Основная функция мозжечка — контролировать двигательные движения.
Нарушения мозжечка часто приводят к потере координации. Недавние исследования показывают, что мозжечок также может играть важную роль в обучении и участвовать в таких состояниях, как аутизм и шизофрения.Клетки, выбранные учеными для изучения, называются клетками Пуркинье. Эти клетки, названные в честь их первооткрывателя, чешского анатома Яна Евангелиста Пуркинье, являются одними из самых крупных в человеческом мозге.
Обычно они устанавливают связи с сотнями других клеток мозга.«Ячейка Пуркинье — загадочная ячейка, — сказал Хорвиц. «Это один из самых крупных и сложных нейронов, который обрабатывает сигналы от сотен тысяч других клеток мозга. Мы знаем, что он играет важную роль в движении и координации. Мы просто не знаем, как это сделать».
Введенный ими ген, названный каналом родопсин-2, кодирует светочувствительный белок, который внедряется в мембрану клетки мозга. Под воздействием света он позволяет ионам — крошечным заряженным частицам — проходить через мембрану. Это приводит к срабатыванию клетки мозга.
Этот метод, называемый оптогенетикой, обычно используется для изучения функции мозга мышей. Но в этих исследованиях ген должен быть введен в эмбриональную клетку мыши.
«Этот« трансгенный »подход оказался бесценным при изучении мозга», — сказал Хорвиц. «Но если мы когда-нибудь собираемся использовать его для лечения болезней, нам нужно найти способ ввести этот ген в более позднем возрасте, когда появится большинство неврологических расстройств».Задача его исследовательской группы заключалась в том, как ввести каналродопсин-2 в клетки определенного типа у взрослого животного. Для этого они использовали модифицированный вирус, несущий ген канального родопсина-2 вместе с сегментом ДНК, называемым промотором.
Промотор стимулирует клетку начать экспрессию гена и вырабатывать мембранный белок канала родопсин-2. Чтобы убедиться, что ген экспрессируется только клетками Пуркинье, исследователи использовали промотор, который сильно активен в клетках Пуркинье, под названием L7 / Pcp2 ».В своей статье исследователи сообщили, что при безболезненной инъекции модифицированного вируса в небольшую область мозжечка макак-резус каналродопсин-2 поглощался исключительно целевыми клетками Пуркинье. Затем исследователи показали, что, когда они подвергали обработанные клетки свету через тонкое оптическое волокно, они могли стимулировать клетки к активации с разной скоростью и влиять на двигательный контроль животных.
Хорвиц сказал, что именно тот факт, что клетки Пуркинье экспрессируют промотор L7 / Pcp2 с большей скоростью, чем другие клетки, делает их более склонными к выработке мембранного белка channelrhodopsin-2.«Этот эксперимент демонстрирует, что вы можете создать вирусный вектор с этой конкретной последовательностью промотора и нацелить его на определенный тип клеток», — сказал он. «Промотор — это волшебство.
Затем мы хотим использовать другие промоторы для нацеливания на другие типы клеток, участвующих в других типах поведения».
