Yeni biyoluminesans sensör sayesinde her bir beyin hücresi aynı ateş böcekleri gibi parlıyor. Vanderbilt Üniversitesi’nden bilim insanlarının kaydettiği bu gelişme genetik olarak modifiye edilmiş, bazı ateş böceklerinin ışık üretmek için kullandığı luciferaz enzimi sayesinden üretilmiş. Araştırma 27 Ekim’de Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Bilim insanları beyindeki büyük sinir ağlarındaki etkileşimi incelemek yeni ve gelişmiş bir metot yarattılar.
“Uzun süredir nörobilimciler nöronların aktivitesini kaydetmek için elektriksel teknikler kullanmaktaydı. Bu her ne kadar tek tek nöronları izlemek te etkili olsa da nöron sayısı az ve sınırlıydı. Bu yeni teknik sayesinde yüzlerce nöron aynı anda görüntülenebiliyor,” diyor Biyoloji Bilimlerinden Prof. Carl Johnson.
Bugüne kadar optik kayıt teknolojilerinde floresans kullanılıyordu, fakat güçlü dış ışık kaynakları nedeniyle dokular ısınabiliyor ve bazı biyolojik proseslerde etkileşime girebiliyor.
Araştırmadaki biyolüminenans yapan yeşil alg Chlamydomonas pek önemsenmese de, sonradan bunun optogenetikle birleştirilebileceği fark edildi. Yeni bir biyolojik teknikle nöronlar kısmen kontrol edilebilir, canlı dokuda beyin aktivitesini çalışmak için mükemmel bir araç olabilir.
Normalde floresan teknikler ve optogenetikler birbiriyle çakışıyorlar. Floresans üretmek için ışık gerekiyor fakat luminesans kendi ışığını kendi üretiyor, karanlıkta parlıyor zaten.
Prof. Johnson ve meslektaşları Yrd. Doç. Donna Webb, Yrd. Doç. Shuqun Shi, doktora sonrası öğrenci Jie Yang,doktora öğrencisi ve Prof. Danny Winder ve doktorsa sonrası öğrencisi Samuel Centanni parlayan karides türlerinden luciferaz elde etti. Kalsiyum iyonu alınca parlıyorlar. Sonrasında nöronları etkileyen bir virüs bu sensör molekülüne eklendi ve hücre içerisine eklendi.
Araştırmacıların kalsiyum iyonların seçmelerinin nedeni; nöron aktivasyonunu sağlaması. Etrafta kalsiyum seviyesi çok olsa da, nöronların içinde kalsiyum miktarı çok az. Buna rağmen iç kalsiyum seviyeleri nöronlar komşu nöronlardan impuls aldığında birden pik yapıyor.
Yeni kalsiyum sensörünü test için, nöronların dış zarlarını açan optogenetik proplar (channelrhodopsin) kullanıldı. Böylece hücreye kalsiyum akacaktı. Nöronların olduğu kültürler kullanılarak kalsiyum akışıyla görünür ışıkta kısa ışık patlamalarının simüle edildiği gözlendi.
Yeni biyoluminesans sensör sayesinde her bir beyin hücresi aynı ateş böcekleri gibi parlıyor. Vanderbilt Üniversitesi’nden bilim insanlarının kaydettiği bu gelişme genetik olarak modifiye edilmiş, bazı ateş böceklerinin ışık üretmek için kullandığı luciferaz enzimi sayesinden üretilmiş. Araştırma 27 Ekim’de Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Bilim insanları beyindeki büyük sinir ağlarındaki etkileşimi incelemek yeni ve gelişmiş bir metot yarattılar.
“Uzun süredir nörobilimciler nöronların aktivitesini kaydetmek için elektriksel teknikler kullanmaktaydı. Bu her ne kadar tek tek nöronları izlemek te etkili olsa da nöron sayısı az ve sınırlıydı. Bu yeni teknik sayesinde yüzlerce nöron aynı anda görüntülenebiliyor,” diyor Biyoloji Bilimlerinden Prof. Carl Johnson.
Bugüne kadar optik kayıt teknolojilerinde floresans kullanılıyordu, fakat güçlü dış ışık kaynakları nedeniyle dokular ısınabiliyor ve bazı biyolojik proseslerde etkileşime girebiliyor.
Araştırmadaki biyolüminenans yapan yeşil alg Chlamydomonas pek önemsenmese de, sonradan bunun optogenetikle birleştirilebileceği fark edildi. Yeni bir biyolojik teknikle nöronlar kısmen kontrol edilebilir, canlı dokuda beyin aktivitesini çalışmak için mükemmel bir araç olabilir.
Normalde floresan teknikler ve optogenetikler birbiriyle çakışıyorlar. Floresans üretmek için ışık gerekiyor fakat luminesans kendi ışığını kendi üretiyor, karanlıkta parlıyor zaten.
Prof. Johnson ve meslektaşları Yrd. Doç. Donna Webb, Yrd. Doç. Shuqun Shi, doktora sonrası öğrenci Jie Yang,doktora öğrencisi ve Prof. Danny Winder ve doktorsa sonrası öğrencisi Samuel Centanni parlayan karides türlerinden luciferaz elde etti. Kalsiyum iyonu alınca parlıyorlar. Sonrasında nöronları etkileyen bir virüs bu sensör molekülüne eklendi ve hücre içerisine eklendi.
Araştırmacıların kalsiyum iyonların seçmelerinin nedeni; nöron aktivasyonunu sağlaması. Etrada kalsiyum seviyesi çok olsa da, nöronların içinde kalsiyum miktarı çok az. Buna rağmen iç kalsiyum seviyeleri nöronlar komşu nöronlardan impuls aldığında birden pik yapıyor.
Yeni kalsiyum sensörünü test için, nöronların dış zarlarını açan optogenetik proplar (channelrhodopsin) kullanıldı. Böylece hücreye kalsiyum akacaktı. Nöronların olduğu kültürler kullanılarak kalsiyum akışıyla görünür ışıkta kısa ışık patlamalarının simüle edildiği gözlendi.
Bu yeni sensörün büyük nöron gruplarınla nasıl çalıştığını tespit etmek için fare beyninde hipokampüs bölgesine denk gelen dilimlere yerleştirildi. Fakat hücrelerin iyon kanallarını açmak için potasyum verdiler. Ve sensör kalsiyum konsantrasyonundaki dalgalanmalara cevap vererek tekrar dalgalanmaya ve yanıp sönmeye başladı.
Araştırmacılar bu tekniğin tekli nöronların ateşlenmelerini tespit edecek kadar hassas olduğunu belirtti.
Kaynak : https://www.sciencedaily.com/releases/2016/10/161027164348.htm
The work was funded by National Institutes of Health grants R21 DA034446, R21 MH107713, R01 GM092914, National Science Foundation grant DBI-1450897 and a grant from the Vanderbilt Brain Institute.
Referans:
- Jie Yang, Derrick Cumberbatch, Samuel Centanni, Shu-qun Shi, Danny Winder, Donna Webb, Carl Hirschie Johnson. Coupling optogenetic stimulation with NanoLuc-based luminescence (BRET) Ca sensing. Nature Communications, 2016; 7: 13268 DOI: 1038/ncomms13268
