新的成像技术使单个突触蛋白仔细看看

好邻居成为好朋友

很快的去工作,以避免义务“早晨”与邻居交谈可能是你的风格,但在大脑中,它是一个完全不同的故事。邻近神经元的大脑说话——很多。他们日夜沟通通过电气和化学信号发送跨突触。

启用这个沟通,突触充斥着大量的分子机制,包括蛋白质。许多的这些蛋白质形成突触支架与神经传递素的分泌和信号的处理。当蛋白质出错的时候,我们经常看到大脑中的沟通障碍,这会导致自闭症或精神分裂症等条件。因此,它是重要的科学家描述了蛋白质和理解他们的健康的生理功能,为了解释到底是什么地方出错了患病的状态。

在高分辨率的蛋白质

研究人员麻省理工学院的与广泛的哈佛学院的合作,设计了一种新颖的方式迅速突触蛋白的高分辨率图像,使用多路复用成像方法。

研究由马克洗澡,麻省理工学院的生物工程教授杰夫•科特雷尔和转化研究主任斯坦利精神病学研究中心广泛的研究所。他们的研究结果发表在《华尔街日报》自然通讯。

“多路复用成像是很重要的,因为有这么多的突触和细胞之间的差异,即使在相同的大脑,“洗澡说。“你真的需要同时观察蛋白质在示例了解亚种群不同的突触的样子,发现新类型的突触,并理解遗传变异如何影响他们。”

标记蛋白质与DNA

由于大量的蛋白质存在于突触,传统荧光显微镜应用有限;最多只能形象四个蛋白质。这使得缓慢而冗长的成像过程,可以停止研究。

麻省理工学院的团队已经开发出一种新技术,是基于现有的方法中,DNA油漆,最初由拉尔夫Jungman马克斯普朗克研究所的生物化学。在DNA油漆,科学家把DNA-antibody调查感兴趣的蛋白质,有效地“标签”的蛋白质。然后他们形象提供荧光的蛋白质DNA“益生元”,结合DNA-antibody调查。

DNA链有一个低的亲和力,所以他们绑定和解放,创建一个闪烁的荧光,可以使用超分辨率显微镜捕获。然而,每一个蛋白的成像可以半个小时,缺点,许多蛋白质样品中需要成像。

在此技术的基础上,改变了洗澡DNA-dye成像探测器,以便它可以更紧密地绑定到DNA-antibody,使用“锁核酸”。由此产生的信号是光明的,所以可以实现成像更快,尽管略低分辨率。他们给他们的新方法,棱镜。

“当我们做12或15个颜色在一个单一的神经元,整个实验需要一个小时,相比之下,一夜之间超分辨率相同,“洗澡说。

应用这种技术,科学家们就能够标签12突触蛋白,包括脚手架蛋白和蛋白质马克兴奋和抑制性突触。这样一个蛋白质shank3,脚手架蛋白与精神分裂症有关。

数千允许科学家们分析蛋白质组蛋白质,比其他人更倾向于相互关联,提供洞察突触的异质性的基础上他们拥有的蛋白质。进一步处理这些信息提供了潜在的分类根据其功能突触。

“抑制和兴奋是规范化的突触类型,但这是猜测,有许多不同亚型的突触,没有任何真正的共识周围那些是什么,“洗澡说。

探索河豚毒素的影响

河豚毒素(TDX),是一种很厉害的的神经毒素,加强神经元之间的突触连接。你可能熟悉TDX如果你了解河豚鱼——他们在肝脏生产数量,如果被一个人,可以产生麻痹的隔膜,造成窒息。

在这项研究中,作者表明,使用新技术,他们可以测量TDX突触传递蛋白水平的变化。

”通常使用传统的免疫荧光,可以从三个或四个目标提取信息在同一样本,但由于我们的技术,我们可以这一数字扩大到12个不同的目标在同一样本。我们应用这种方法研究突触重塑TDX治疗后发生的,和我们的发现证实了之前的研究,揭示了协调upregulation TDX后突触蛋白治疗,”麻省理工学院的埃里克。丹尼尔森表示高级博士后研究报告的作者是谁。

下一步——探索疾病

和他的同事们现在打算洗澡用棱镜探索如何直接影响突触的结构和成分通过操纵基因与不同的疾病。基因组测序提供了洞察条件如自闭症和精神分裂症的遗传组成部分——棱镜可以借此了解下一个层次。

“理解遗传变异如何影响神经元的发展在大脑中,突触结构和功能,是一个巨大的挑战在神经科学和理解这些疾病出现,”洗澡总结道。

参考:郭et al . 2019。多路复用和高通量神经元与扩散性的探针荧光成像技术。自然通讯。DOI:https://doi.org/10.1038/s41467 - 019 - 12372 - 6。