Новое исследование, проводимое Северо-Западным университетом и Питтсбургским университетом, предлагает 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, которые могут привести к разработке новых методов лечения.
Исследование будет опубликовано в августе. 11 место в журнале Nature Communications.
В новом исследовании ученые разработали вирус, который отправляет фермент в определенное место в мозгу живой мыши. Полученный из соевых бобов, фермент генетически маркирует соседние белки в заранее определенном месте. После проверки метода путем визуализации мозга с помощью флуоресцентной и электронной микроскопии, исследователи обнаружили, что их метод позволяет сделать снимок всего набора белков (или протеома) внутри живых нейронов, который затем может быть проанализирован посмертно с помощью масс-спектроскопии.
«Подобная работа была проделана ранее в клеточных культурах.
Но клетки в чашке не работают так же, как в головном мозге, и у них разные белки в одних и тех же местах, выполняющие одни и те же функции », – сказала Евгения Козоровицкая из Northwestern, старший автор исследования. “Гораздо сложнее выполнить эту работу в сложной ткани мозга мыши. Теперь мы можем взять это протеомическое мастерство и применить его в более реалистичных нейронных цепях с превосходным генетическим сцеплением.”
Химически маркируя белки и их соседей, исследователи теперь могут видеть, как белки работают в определенной контролируемой области и как они взаимодействуют друг с другом в протеоме. Наряду с вирусом, несущим фермент сои, исследователи также использовали свой вирус для переноса отдельного зеленого флуоресцентного белка.
«По сути, вирус действует как сообщение, которое мы доставляем», – сказал Козоровицкий. “В этом случае сообщение содержало этот особый фермент сои. Затем в отдельном сообщении мы отправили зеленый флуоресцентный белок, чтобы показать нам, какие нейроны были помечены.
Если нейроны зеленые, значит, мы знаем, что фермент сои экспрессируется в этих нейронах.”
Козоровицкий – профессор молекулярной биологии Соретты и Генри Шапиро, доцент кафедры нейробиологии Северо-Западного колледжа искусств и наук Вайнберга и член Института химии жизненных процессов. Она руководила работой вместе с Мэтью Макдональдом, доцентом кафедры психиатрии в Медицинском центре Университета Питтсбурга.
Таргетинг на белки догоняет
В то время как генетическое нацеливание полностью изменило биологию и нейробиологию, нацеливание на белки прискорбно отстает. Исследователи могут амплифицировать и секвенировать гены и РНК, чтобы определить их точные строительные блоки. Однако белки нельзя амплифицировать и секвенировать таким же образом. Вместо этого исследователи должны разделить белки на пептиды, а затем снова собрать их вместе, что является медленным и несовершенным процессом.
«Нам удалось добиться значительных успехов в секвенировании генов и РНК, но белки вышли из строя», – сказал Козоровицкий. “Тем не менее, все признают важность белков. Белки являются главными эффекторами в наших клетках. Понимание того, где находятся белки, как они работают и как работают относительно друг друга, действительно важно.”
«Протеомика на основе масс-спектроскопии – мощный метод», – сказал Васин Думронгпречачан, доктор философии.D. кандидат лаборатории Козоровицкого и первый автор статьи. «С нашим подходом мы можем начать картирование протеома различных цепей мозга с высокой точностью и специфичностью. Мы даже можем их количественно оценить, чтобы увидеть, сколько белков присутствует в разных частях нейронов и мозга.”
Следующий шаг: лучшее понимание болезней мозга
Теперь, когда эта новая система прошла валидацию и готова к использованию, исследователи могут применить ее к мышам, моделирующим болезнь, чтобы лучше понять неврологические заболевания.
«Мы надеемся расширить этот подход, чтобы начать идентификацию биохимических модификаций нейрональных белков, которые происходят во время определенных паттернов мозговой активности или с изменениями, вызванными нейроактивными лекарствами, чтобы способствовать клиническому прогрессу», – сказал Дамронгпречачан.
«Мы с нетерпением ждем возможности применить это к моделям, связанным с заболеваниями головного мозга, и связать эти исследования с работой посмертной протеомики в человеческом мозге», – сказал Козоровицкий. “Он готов к применению в этих моделях, и нам не терпится начать.”
Вам стоит прочитать про комплектующие для стиральных машин.