Новая техника идентифицирует белки в живом мозге
Впервые исследователи разработали успешный подход для идентификации белков внутри различных типов нейронов в мозге живого животного.
Новое исследование, проведенное под руководством Северо-Западного университета и Университета Питтсбурга, представляет собой гигантский шаг к пониманию миллионов различных белков мозга. Как строительные блоки всех клеток, включая нейроны, белки содержат ключи к лучшему пониманию сложных заболеваний мозга, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера, что может привести к разработке новых методов лечения.
Исследование будет опубликовано 11 августа в журнале Nature Communications.
В новом исследовании ученые сконструировали вирус для доставки фермента в определенное место в мозге живой мыши. Фермент, полученный из сои, генетически метит соседние белки в заданном месте. После проверки техники с помощью визуализации мозга с помощью флуоресцентной и электронной микроскопии исследователи обнаружили, что их метод делает "снимок" всего набора белков (протеома) внутри живых нейронов, который затем можно проанализировать посмертно с помощью масс-спектрометрии.
"Подобная работа уже проводилась на клеточных культурах. Но клетки в чашке Петри работают не так, как в мозге, и у них нет тех же белков в тех же местах, выполняющих те же функции. Гораздо сложнее провести эту работу в сложной ткани мозга мыши. Теперь мы можем применить эту протеомную мощь в более реалистичных нейронных цепях с отличным генетическим контролем", — сказала Евгения Козоровицкая, старший автор исследования.
Как работает метод
Химически метя белки и их соседей, исследователи теперь могут видеть, как белки работают в определенной контролируемой области и как они взаимодействуют друг с другом в протеоме. Вместе с вирусом, несущим соевый фермент, исследователи также использовали вирус для доставки отдельного зеленого флуоресцентного белка.
"Вирус по сути действует как сообщение, которое мы доставляем. В данном случае сообщение несло этот особый соевый фермент. Затем, в отдельном сообщении, мы отправили зеленый флуоресцентный белок, чтобы показать нам, какие нейроны были помечены. Если нейроны зеленые, то мы знаем, что соевый фермент экспрессировался в этих нейронах", — пояснила Козоровицкая.
Белковая таргетинг догоняет генетическую
В то время как генетическое таргетирование полностью преобразило биологию и нейронауки, таргетирование белков безнадежно отставало. Белки нельзя амплифицировать и секвенировать так же, как гены и РНК. Вместо этого исследователям приходится разделять белки на пептиды, а затем собирать их заново — это медленный и неидеальный процесс.
"Мы смогли добиться большого прогресса в генетическом и РНК-секвенировании, но белки оставались в стороне. При этом все признают важность белков. Белки — это конечные эффекторы в наших клетках. Понимание того, где находятся белки, как они работают и как работают относительно друг друга, действительно важно", — отметила Козоровицкая.
"Протеомика на основе масс-спектрометрии — это мощная техника. С нашим подходом мы можем начать картировать протеом различных мозговых цепей с высокой точностью и специфичностью. Мы можем даже количественно оценивать их, чтобы увидеть, сколько белков присутствует в разных частях нейронов и мозга", — добавил Васин Думронгпречачан, первый автор статьи.
Следующий шаг: Лучшее понимание болезней мозга
Теперь, когда эта новая система проверена и готова к работе, исследователи могут применить ее к моделям мышей с заболеваниями, чтобы лучше понять неврологические болезни.
"Мы надеемся расширить этот подход, чтобы начать идентифицировать биохимические модификации нейрональных белков, которые происходят во время определенных паттернов мозговой активности или при изменениях, вызванных нейроактивными препаратами, чтобы способствовать клиническому прогрессу", — сказал Думронгпречачан.
"Мы с нетерпением ждем возможности применить это к моделям, связанным с заболеваниями мозга, и связать эти исследования с посмертной протеомной работой в человеческом мозге. Это готово к применению в таких моделях, и мы не можем дождаться, чтобы начать", — заключила Козоровицкая.