Серотонин является важным химическим мессенджером в центральной нервной системе. Он относится к категории так называемых нейромодуляторов и отвечает за передачу информации между нервными клетками головного мозга и всем телом.

В частности, предположение о том, что тревога и депрессия вызваны дефицитом серотонина в мозге, регулярно ставит этот химический мессенджер в центр внимания науки. Однако причинно-следственные связи между психическими расстройствами и дефицитом серотонина еще недостаточно описаны. До сих пор не было подходящих методов.

Лучшее понимание обмена сигналами между нервными клетками

«В последние годы были разработаны различные генетически закодированные датчики для более тщательного отслеживания высвобождения нейротрансмиттеров», — говорит ведущий автор Мартин Кубичке из рабочей группы по синтетической биологии в Бременском университете.

«В то время как другие команды сосредоточились на химических мессенджерах глутамате, дофамине, норадреналине и ацетилхолине, мы хотели точно понять, какие функции выполняет серотонин в мозге. Когда мы начали разрабатывать датчики, не было никакой возможности увидеть серотонин вживую в мозге. »

Исследователи используют встречающийся в природе человеческий рецептор 5-HT1A в качестве основы для новых сенсоров «sDarken». Рецептор был генетически модифицирован с помощью зеленого флуоресцентного белка для развития флуоресцентных свойств и зеленого свечения. Решающий механизм, стоящий за этим: как только серотонин стыкуется с сенсорами, его яркость уменьшается.

Таким образом, затемнение дает прямое указание на активность серотонина. Поскольку это генетически закодированный датчик, любой тип нервных клеток или областей мозга может быть оснащен этим датчиком для визуализации динамики серотонина.

Быстрая скорость реакции, хорошая позиция, высокая светосила

Что было примечательно, так это очень хорошее разрешение, которое было достигнуто во время измерений как во времени, так и в пространстве. «С помощью флуорометрии патч-кламп мы смогли определить, что «sDarken» реагирует на изменения концентрации серотонина гораздо менее чем за секунду», — говорит профессор Андреас Райнер с факультета биологии и биотехнологии Рурского университета в Бохуме.

«Тот факт, что «sDarken» превосходно расположен в мембранах нервных клеток , помогает нам определять пространственную активность химических мессенджеров», — добавляет профессор, доктор Оливия Массек, автор-корреспондент и глава рабочей группы по синтетической биологии в Бременском университете. . «Сенсоры sDarken работают настолько хорошо, что мы ожидаем, что в будущем сможем визуализировать активность отдельных нервных клеток».

Сенсоры чрезвычайно чувствительны и специфичны: даже мельчайшие концентрации серотонина приводили к оптическим изменениям в сенсорах и поэтому могли быть измерены учеными. «sDarken» не реагировал на введение других нейротрансмиттеров или подобных веществ. Кроме того, «sDarken» оказался чрезвычайно стойким, фото- и pH-стабильным и, таким образом, удовлетворял важным требованиям для долговременной визуализации.

«С помощью целенаправленной мутации мы разработали три различных варианта sDarken, которые по-разному реагируют на серотонин», — продолжает Мартин Кубичке. «Выгодно использовать датчик с очень высоким сродством для обнаружения так называемого переноса объема в нейротрансмиттерах. Если, с другой стороны, основное внимание уделяется секреции серотонина через отдельные синапсы, датчик с более низким сродством предпочтительнее. Все эти характеристики теперь охватываются сенсорами sDarken».

Идеальное дополнение к существующим датчикам серотонина

Его свойства делают «sDarken» идеальным дополнением к существующим датчикам серотонина и расширяют спектр инструментов для визуализации динамики серотонина. В сотрудничестве с исследовательскими группами Рурского университета Бохума (проф. Андреас Райнер), DZNE в Бонне (д-р Мартин Фурманн) и ZNMH в Гамбурге (проф. Симон Вигерт) уже было показано, что даже мелкие детали серотонина высвобождение можно наблюдать с помощью «sDarken» у активных животных.

Поэтому Оливия Массек убеждена: «Новые датчики позволят лучше понять роль и функцию серотонина в мозге в долгосрочной перспективе».