Дендриты — это тонкие отростки, которые выходят из тела клетки нейрона и получают сообщения от других нейронов. Они разветвляются, образуя древовидную структуру, каждая ветвь обычно простирается на десятки микрометров. Они покрыты шипами: крошечными выступами, которые принимают сигналы от других нейронов и инициируют молекулярные сигналы внутри клетки. Когда позвоночник сильно стимулируется, он растет и укрепляется, чтобы кодировать воспоминания.
Ученые ранее использовали традиционные фармакологические методы, такие как вестерн-блоттинг, для определения активности ERK и PKA, усредненной по многим клеткам, но им не удалось визуализировать молекулы непосредственно в дендритных шипах из-за их небольшого размера.Чтобы разработать сенсоры, достаточно чувствительные для визуализации этих молекул, Тан создал новую молекулу красителя, sREAChet, модифицированную темную, но поглощающую свет молекулу. Когда она связала sREAChet как с зеленым флуоресцентным белком (GFP), так и с целевым пептидом белка, она обнаружила, что он может считывать активность белка с чувствительностью в 2-3 раза большей по сравнению с предыдущими датчиками.
Это делало чувствительность достаточной для визуализации активности отдельных дендритных шипов. «Эти сенсоры будут полезны для исследователей в широкой области клеточной биологии, поскольку ERK и PKA участвуют в различных явлениях в клетках, и их аномальная активность связана со многими заболеваниями, включая рак и психические заболевания», — пояснил Ясуда.Чтобы продемонстрировать полезность новых датчиков, команда Ясуда сначала стимулировала отдельные дендритные шипы, а затем использовала специальный микроскоп, называемый 2-фотонным флуоресцентным микроскопом времени жизни, чтобы визуализировать, как активность ERK и PKA перемещается от одного шипа.
К своему удивлению, команда обнаружила, что активность белков не осталась в пределах отдельного позвоночника, а распространилась более чем на 10 микрометров вдоль дендрита, воздействуя на соседние иглы. Распространение оценивается примерно в несколько десятков микрометров и потенциально распространяется на ветвь дендритов. Лаборатория Ясуда ранее показала, что стимуляция всего нескольких шипов может привести к активации ERK в ядре, но они не знали, как это было достигнуто.
Этот эксперимент показал, что после активации этих белков в позвоночнике сообщение распространяется на большие расстояния и потенциально достигает ядра. «Обнаружение того, что активация PKA и ERK в шипах распространяется на несколько десятков микрометров, безусловно, является неожиданным открытием для этой области», — сказал Танг.Команда визуализировала важный шаг в этом процессе, но предстоит еще долгий путь к пониманию биохимических основ обучения и памяти.