Ученые НИЦ "Курчатовский институт" в составе исследовательской группы создали новый кальциевый индикатор для наблюдения за нейронами мозга. Он позволил впервые одновременно визуализировать внутри клеток человека и кальциевую активность, и взаимодействия между белками. В перспективе разработка может применяться для диагностики болезней Альцгеймера и Паркинсона, а также некоторых видов рака. Результаты данной работы опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Как пояснил старший научный сотрудник лаборатории нейронаук Курчатовского института Фёдор Субач, для создания нового индикатора FRCaMP в качестве кальций-связывающего компонента был взят кальмодулин грибного происхождения: "Его аминокислотная последовательность отличается от кальмодулина из позвоночных, на базе которого сделаны существующие на данный момент аналоги. Мы предположили, что такой состав поможет избежать взаимодействия индикатора с внутриклеточными белками животных клеток". Благодаря этому использование FRCaMP более безопасно.
Исследование включало несколько этапов. Сначала ген кальмодулина выделили из грибов Schizosaccharomyces pombe. Затем с помощью молекулярного клонирования он был присоединен к красному флуоресцентному белку. Далее путем направленной селекции из более сотни тысяч вариантов индикатора выбрали один, обладающий оптимальными свойствами. На следующем этапе разработка была протестирована на раковых клеточных линиях человека, а затем – на нейрональных культурах, выделенных из мыши.
"Красный кальциевый индикатор FRCaMP является универсальным инструментом и может использоваться для изучения принципов кодирования информации в мозге. Наши эксперименты показали, что FRCaMP чувствителен к изменению концентрации кальция не только в цитозоле нейронов, но и в других типах клеток, например, в раковых. Поэтому, помимо нейродегенеративных заболеваний, новый индикатор может быть использован для борьбы с онкологией", – отметила старший научный сотрудник лаборатории нейронаук Курчатовского института Оксана Субач.
На следующем этапе ученые приступят к испытаниям на животных. Они планируют использовать FRCaMP для визуализации активности нейронов в зрительной коре мышей с помощью двухфотонной микроскопии.
В работе также приняли участие специалисты из НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина, МФТИ и МГУ им. М.В. Ломоносова.
Справка:
В состав генетически кодируемых кальциевых индикаторов входят флуоресцентные белки, с помощью которых можно следить за активностью нейронов. Ранее в Курчатовском институте был получен самый яркий индикатор NCaMP7 на основе зеленого флуоресцентного белка. По сравнению с ним FRCaMP позволяет визуализировать активность нейронов с лучшим разрешением. Кроме того, зеленый и красный индикаторы можно использовать совместно. Это даст возможность одновременно наблюдать за активностью нескольких популяций нейронов.
Образцы грибов Schizosaccharomyces pombe, использовавшихся для получения FRCaMP, взяты из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов Курчатовского геномного центра.
Информация и фото предоставлены пресс-службой НИЦ "Курчатовский институт"
