Naukowcy opracowali przełomowe narzędzie, które oferuje nowy wgląd w macierz pozakomórkową mózgu (ECM), ujawniając, jak zmienia się ona w czasie i współdziała z neuronami podczas rozwoju, procesów poznawczych i starzenia.
Narzędzie to wykorzystuje kombinację białek i barwników fluorescencyjnych do wizualizacji i śledzenia dynamicznej struktury ECM w komórkach mózgowych gryzoni.
Macierz pozakomórkowa mózgu
Pomiędzy miliardami neuronów w ludzkim mózgu i wokół nich znajduje się równie istotne rusztowanie, macierz zewnątrzkomórkowa (ECM). Połączona sieć białek i cukrów otaczająca komórki mózgowe, ECM to coś więcej niż proste wsparcie strukturalne; zmiany w ECM mogą regulować złożone funkcje mózgu, w tym pamięć, uczenie się i zachowanie. Jednak badania macierzy zewnątrzkomórkowej mózgu są ograniczone ze względu na brak narzędzi do obserwacji dynamicznych zmian w jego strukturze.
Teraz nowe narzędzie do znakowania genetycznego opracowane przez badaczy z Uniwersytetu Utah Health Igala Sterina i dr Sungjina Parka ujawniło nowe wzorce w ECM mózgu u myszy, w tym różnice w ilości macierzy osadzonej na różnych typach neuronów. Główną zaletą tego narzędzia jest to, że może ono wykrywać zmiany w macierzy zewnątrzkomórkowej w czasie, co daje nowy wgląd w rozwój mózgu.
Jak działa nowe narzędzie
Nowe narzędzie składa się z dwóch głównych części: białka, które wiąże się z głównymi składnikami ECM mózgu, połączonego z innym białkiem, które nieodwracalnie przylega do różnych syntetycznych barwników fluorescencyjnych. Kiedy naukowcy wprowadzili to narzędzie do neuronów, związało się ono z otaczającą matrycą; następnie dodali barwnik fluorescencyjny, aby uwidocznić struktury matrycy. Korzystając z tego narzędzia, naukowcy byli w stanie obserwować, jak ECM odkładała się z biegiem czasu w hodowanych komórkach mózgowych gryzoni, tworząc gęste skupiska macierzy, które pojawiały się tylko na niektórych neuronach i w różnym czasie.
Implikacje dla przyszłych badań mózgu
Naukowcy byli także w stanie zmierzyć zmiany w ECM mózgu u myszy, dodając różne barwniki fluorescencyjne w różnym czasie. Mogli wywnioskować, że struktury ECM oznaczone drugim barwnikiem, ale nie pierwszym, rozwinęły się w czasie pomiędzy dodaniem dwóch barwników.
Naukowcy mają nadzieję, że to narzędzie otworzy drzwi do wielu dalszych badań nad złożonym wpływem ECM na funkcjonowanie mózgu. „W mózgu ECM reguluje plastyczność neuronów i funkcje poznawcze, ale jej cechy strukturalne pozostają słabo poznane” – mówi Park. „Wykorzystując nasze podłużne narzędzie genetyczne do śledzenia dynamiki ECM, możemy wizualizować, w jaki sposób neurony łączą się i przebudowują ECM podczas rozwoju, procesów poznawczych i starzenia się”.
Odniesienie: „Dynamiczna organizacja neuronalnej macierzy zewnątrzkomórkowej ujawniona przez HaloTag-HAPLN1” autorstwa Igala Sterina, Avy Niazi, Jennifer Kim, Joosang Park i Sungjin Park, 8 września 2024 r., Journal of Neuroscience.
DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0666-24.2024
