Токсин тарантула используется для отслеживания электрической активности живых клеток

Ключевые эксперименты по разработке нового оптического зонда для регистрации клеточной электрической активности были проведены в 2013 году на курсе нейробиологии в Морской биологической лаборатории (MBL). Сегодня этот зонд, сочетающий токсин тарантула с флуоресцентным соединением, представлен в статье в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ведущие авторы статьи — Дрю К. Тилли из UC-Davis и покойный Кеннет Юм, аспирант UC-Davis и ассистент преподавателя на курсе нейробиологии MBL.

Зонд использует способность токсина тарантула прочно связываться с электрически активными клетками (например, нейронами) в состоянии покоя. Команда обнаружила, что следовое количество токсина в комбинации с флуоресцентным соединением связывается с определённым подтипом потенциал-зависимых белков (Kv2-тип калиевых ионных каналов) в живых клетках. Зонд подсвечивает поверхности клеток, содержащих этот ионный канал, а флуоресцентный сигнал ослабевает при активации канала электрическими сигналами.

Впервые исследователи смогли визуально наблюдать «включение» этих ионных каналов без предварительного генетического модифицирования. Всё, что требуется, — это средство для детекции локализации зонда. Это предполагает, что в будущем подобные зонды потенциально можно будет использовать для картирования нейронной активности в человеческом мозге.

«Это демонстрация, прототип зонда. Но перспектива в том, что мы сможем использовать его для измерения состояния активности электрической системы в организме, который не был генетически модифицирован», — говорит старший автор Джон Сак, доцент кафедр физиологии и мембранной биологии UC-Davis и преподаватель курса нейробиологии MBL.

Поскольку зонд избирательно связывается с одним из множества типов ионных каналов, он может помочь учёным понять функцию именно этих каналов в нейронной сигнализации. Это, в свою очередь, может привести к идентификации мишеней для лекарств при неврологических заболеваниях и расстройствах.

«У нас невероятное разнообразие ионных каналов, даже потенциал-зависимых. Настоящая проблема — определить, какие из них выполняют какие роли. Какие включаются и когда при нормальном функционировании нервной системы? Какие вовлечены в патологические состояния или синдромы?» — говорит Сак. «Мечта — видеть, что делают разные типы ионных каналов и когда, чтобы понять их вклад в физиологию и патофизиологию».

Сак отмечает, что особенно ценно, что часть этой работы была проведена в MBL, поскольку эти зонды реагируют на движение сенсоров напряжения ионных каналов. Первые измерения движения сенсоров напряжения были выполнены в MBL в начале 1970-х годов Клеем М. Армстронгом и Франсиско Бесанильей (Nature 242: 459-461, 1973). Армстронг и Бесанилья использовали электрофизиологические методы. Зонд на основе токсина паука создаёт оптический сигнал при движении сенсоров напряжения, и не требует ни электрофизиологии, ни генетической мутации каналов.