Обнаружение новых белков в активном мозге мышей

Сложность живых организмов во многом обусловлена огромным разнообразием типов клеток. Поскольку все клетки организма имеют одни и те же гены, разнообразие клеток должно определяться конкретными белками, которые в них экспрессируются. Клетки мозга обычно делятся на нейроны и глию. Однако в этих двух категориях существует большое разнообразие типов клеток, которое мы только начинаем открывать. Это разнообразие недавно расширилось благодаря новым методам, таким как RNA-sequencing, которые идентифицируют и измеряют количество мРНК в клетке (транскриптом). Хотя мРНК является шаблоном для синтеза белка, транскриптом плохо отражает реальный набор белков клетки — протеом.

Учёные из Института мозга Общества Макса Планка во Франкфурте разработали новые методы для обнаружения изменений протеома в реальном времени.

Основываясь на более ранней технологии, разработанной лабораторией Эрин Шуман в Институте Макса Планка и её коллегами, Беатрис Альварес-Кастелао и её команда использовали систему метаболического мечения белков. В этой системе синтезируемые белки "метятся" аминокислотой, которая в норме в этих клетках отсутствует.

Чтобы мечить белки исключительно в определённом типе клеток, исследователи использовали мутантную метионил-тРНК-синтетазу (MetRS), которая распознаёт модифицированную аминокислоту. Они создали линию мышей, у которых MetRS можно экспрессировать в специфичных типах клеток. Когда модифицированная аминокислота поступает в организм таких мышей с питьевой водой, мечение происходит только в клетках, экспрессирующих мутантную MetRS.

Меченые белки можно визуализировать и распознать с помощью антител или извлечь и идентифицировать с помощью масс-спектрометрии. Альварес-Кастелао: "Мы использовали эту технику для идентификации двух различных наборов белков мозга: белков, присутствующих в возбуждающих нейронах гиппокампа (структуры, важной для навигации, обучения и памяти), и в тормозных нейронах мозжечка (структуры, участвующей в моторном поведении)".

Особенно важная особенность этой технологии — возможность напрямую обнаруживать изменения в белках мозга в ответ на изменение окружающей среды. Мыши, выращенные в обогащённой сенсорной среде (с лабиринтом, беговым колесом и игрушками разной текстуры), показали значительные изменения протеома в гиппокампе, особенно среди белков, работающих в нейронных синапсах.

Шуман: "Мы считаем, что, комбинируя эту линию мышей с другими моделями "болезней", этот метод можно использовать для обнаружения белков в определённых типах клеток и изучения того, как протеомы меняются в процессе развития мозга, обучения, формирования памяти и при заболеваниях".