„Ląstelinės veiklos simfonija“, atskleista fluorescuojančio vaizdo technika

MIT tyrėjai sukūrė būdą vienu metu atvaizduoti iki penkių skirtingų molekulių ląstelėje, nukreipdami švytinčius žurnalistus į skirtingas ląstelės vietas. Šis požiūris gali padėti mokslininkams sužinoti daug daugiau apie sudėtingus signalų tinklus, kurie valdo daugumą ląstelių funkcijų. Kreditas: ačiū tyrėjams

Fluorescencinė vaizdo technika vienu metu fiksuoja skirtingus signalų tipus iš skirtingų gyvos ląstelės vietų.

Vienoje ląstelėje tūkstančiai molekulių, tokių kaip baltymai, jonai ir kitos signalinės molekulės, dirba atlikdamos įvairiausias funkcijas – absorbuodamos maistines medžiagas, kaupdamos prisiminimus ir išskirdamos jas į specifinius audinius.

Šių molekulių iššifravimas ir visa jų sąveika yra monumentali užduotis. Per pastaruosius 20 metų mokslininkai sukūrė fluorescuojančius žurnalistus, kuriuos naudodami galėjo nuskaityti atskirų ląstelių molekulių dinamiką. Paprastai vienu metu galima pastebėti tik vieną ar du tokius signalus, nes mikroskopas negali atskirti daugybės fluorescuojančių spalvų.

SU tyrėjai dabar sukūrė būdą vienu metu atvaizduoti iki penkių skirtingų tipų molekulių, matuodami kiekvieną signalą atsitiktinai, skirtingose ​​ląstelės vietose. Šis požiūris galėtų padėti mokslininkams sužinoti daug daugiau apie sudėtingus signalų tinklus, kurie valdo daugumą ląstelių funkcijų, sako Edwardas Boydenas, Y. Eva Tan neurotechnologijos profesorius ir biologinės inžinerijos, žiniasklaidos meno ir mokslų bei smegenų profesorius. ir kognityviniai mokslai MIT.

„Yra tūkstančiai genomo užkoduotų molekulių ir jos skiriasi taip, kaip mes nesuprantame. Tik stebėdami juos vienu metu galime suprasti jų santykius “, – sako Boydenas, kuris taip pat yra MIT„ McGovern “smegenų tyrimų instituto ir Kocho integruotų vėžio tyrimų instituto narys.

Naujame tyrime Boydenas ir jo kolegos naudojo šią metodiką, kad nustatytų dvi neuronų populiacijas, kurios skirtingai reaguoja į kalcio signalus, o tai gali paveikti tai, kaip ji koduoja ilgalaikę atmintį, teigia mokslininkai.

Boydenas yra vyresnysis tyrimo, kuris buvo paskelbtas 2020 m. Lapkričio 23 d., Autorius Langelis. Pagrindiniai straipsnio autoriai yra MIT doktorantė Changyang Linghu ir magistrantas Shannonas Johnsonas.

Korinio aktyvumo simfonija

„Kaip ir klausantis vieno instrumento garso iš orkestro, to toli gražu nepakanka, kad galėtume visiškai įvertinti simfoniją“, – sako Linghu, „sudarydamas galimybę stebėti kelis korinius signalus vienu metu. , mūsų technologija padės suprasti korinio aktyvumo „simfoniją“. Šie keturi vaizdai palygina skirtingus būdus, kuriais mokslininkai daro matomą molekulinę veiklą, su nauja technika apačioje dešinėje. Kreditas: ačiū tyrėjams. Redagavo „MIT News“

Fluorescencinis kabelis

Kad molekulinė veikla būtų matoma ląstelėje, mokslininkai sukuria žurnalistus sulydydami baltymą, kuris stebi tikslinę molekulę, su švytinčiu baltymu. „Tai panašu į tai, kaip dūmų detektorius pajus dūmus ir paskui mirksės šviesa“, – sako Johnsonas, kuris taip pat yra Yang-Tan molekulinės terapijos centro bendradarbis. Labiausiai žėrintis baltymas yra žalias fluorescuojantis baltymas (GFP), kurio pagrindas yra molekulė, iš pradžių rasta fluorescuojančioje medūzoje.

„Paprastai biologas vienu metu mikroskopu gali matyti vieną ar dvi spalvas, o daugelis ten esančių žurnalistų yra žalios spalvos, nes jų pagrindas yra žalias fluorescencinis baltymas“, – sako Boydenas. “Kol kas trūksta galimybės pamatyti daugiau nei kelis iš šių signalų vienu metu.”

„Kaip ir klausantis vieno instrumento garso iš orkestro, to toli gražu nepakanka, kad galėtume visiškai įvertinti simfoniją“, – sako Linghu, „sudarydamas galimybę stebėti kelis korinius signalus vienu metu. , mūsų technologija padės suprasti korinio aktyvumo „simfoniją“. “

Norėdami sustiprinti matomų signalų skaičių, mokslininkai nusprendė nustatyti signalus vietoje, o ne pagal spalvą. Jie pritaikė esamus žurnalistus, kad jie kauptųsi grupėse skirtingose ​​ląstelės vietose. Jie tai padarė pridėdami po du mažus peptidus kiekvienam reporteriui, kuris padėjo žurnalistams suformuoti skirtingas grupes ląstelėse.

“Tai panašu į tai, kad„ Reporteris X “pritvirtintas prie„ LEGO “plytų, o„ Reporteris Z “- prie„ K’NEX “gabalo. Prie kitų„ LEGO “plytų bus tvirtinamos tik„ LEGO “plytos, todėl tik„ Reporter X “bus daugiau „Reporteris X“ yra sujungtas “, – sako Johnsonas.

Taikant šią techniką, kiekvienoje ląstelėje atsiduria šimtai fluorescuojančių žurnalistų grupių. Matuodami kiekvienos grupės aktyvumą mikroskopu, remdamiesi kintančia fluorescencija, mokslininkai gali nustatyti, kuri molekulė matuojama kiekvienoje grupėje, išsaugodami ir dažydami ląstelę kiekvienam reporteriui būdingoms peptidų etiketėms. Peptido etikečių gyvoje ląstelėje nematyti, tačiau jas galima nudažyti ir pamatyti atlikus tiesioginį vaizdavimą. Tai leidžia mokslininkams atskirti skirtingų molekulių signalus, nors jie visi gali fluorescuoti tą pačią spalvą gyvoje ląstelėje.

Taikydami šį metodą, mokslininkai parodė, kad jie gali pamatyti penkis skirtingus molekulinius signalus vienoje ląstelėje. Norėdami parodyti galimą šios strategijos naudingumą, jie lygiagrečiai matavo trijų molekulių – kalcio, ciklinio AMP ir baltymų kinazės A (PKA) – aktyvumus. Šios molekulės sudaro signalizacijos tinklą, kuris dalyvauja daugybėje skirtingų ląstelių funkcijų organizme. Neuronuose jis vaidina svarbų vaidmenį paverčiant trumpalaikį (prieš srovę esančių neuronų) indėlį į ilgalaikius pokyčius, pavyzdžiui, stiprinant neuronų ryšius – procesą, kurio reikia norint išmokti ir susidaryti naujus prisiminimus.

Taikydami šią vaizdavimo techniką hipokampo piramidiniams neuronams, mokslininkai nustatė dvi naujas pogrupius su skirtinga kalcio signalų dinamika. Vienos populiacijos kalcio reakcija buvo lėta. Kitoje populiacijoje neuronai reaguoja greičiau į kalcį. Pastarosios populiacijos PKA atsakas buvo didesnis. Tyrėjai mano, kad šis padidėjęs atsakas gali padėti išlaikyti ilgalaikius neuronų pokyčius.

Vaizdų tinklai

Tyrėjai dabar planuoja išbandyti šį metodą gyviems gyvūnams, kad jie galėtų ištirti, kaip signalizacijos tinklo veikla yra susijusi su elgesiu, taip pat išplėsti jį į kitų tipų ląsteles, pavyzdžiui, imunines ląsteles. Ši technika taip pat gali būti naudinga lyginant signalų tinklo modelius tarp ląstelių iš sveiko ir sergančio audinio.

Šiame darbe mokslininkai parodė, kad jie vienu metu gali įrašyti penkis skirtingus molekulinius signalus, ir, pakeisdami savo dabartinę strategiją, jie tiki, kad gali pasiekti 16. Atliekant papildomą darbą, jų skaičius gali siekti šimtus, sako jie.

„Tai gali padėti atverti kai kuriuos iš šių sudėtingų klausimų, kaip ląstelės dalys veikia kartu“, – sako Boydenas. „Galime įsivaizduoti erą, kai galime pažvelgti į viską, kas vyksta gyvoje ląstelėje, arba bent jau į dalį, susijusią su mokymusi, ligomis ar ligos gydymu. “

Norėdami gauti daugiau informacijos apie šį tyrimą, skaitykite Realaus laiko šnipinėjimas korinio signalo, kuris yra biologija, simfonijoje.

Nuoroda: „Fluorescencinių žurnalistų erdvinis multipleksavimas dinaminiam signalų perdavimo tinklų vaizdavimui“, pateikė Changyang Linghu, Shannon L. Johnson, Pablo A. Valdes, arba A. Shemesh, Won Min parkas, Demian parkas, Kiryl D. Piatkevich, Asmamaw T. Wassie, Yixi Liu, Bobae An, Stephanie A. Barnes, Orhan T. Celiker, Chun-Chen Yao, Chih-Chieh (Jay) Yu, Ru Wang, Katarzyna P. Adamala, Mark F. Bear, Amy E. Keating ir Edward S. Boyden, 2020 m. Lapkričio 23 d., Langelis.
DOI :: 10.1016 / j.cell.2020.10.035

Tyrimą finansavo „McGovern Institute“ draugijos draugai; J. Douglaso Tan draugija; Lisa Yang; Yang-Tan molekulinės terapijos centras; Jonas Doerras; atvirosios filantropijos projektas; HHMI-Simons fakulteto programa; „Human Frontier Science“ programa; JAV armijos tyrimų laboratorija; „MIT Media Lab“; „Picower“ instituto inovacijų fondas; Nacionaliniai sveikatos institutai, įskaitant NIH direktoriaus pradininko apdovanojimą; ir Nacionalinis mokslo fondas.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Tyrėjai kuria greitesnę tinklo analizę, kad pasiūlytų algoritmus, kurie padidintų paiešką internete

MIT tyrėjai sukūrė programinę įrangą, kad grafikos programinė įranga veiktų efektyviau įvairiuose skaičiavimo įrenginiuose, įskaitant procesorius ir GPU.Paskola „Istockphoto“ vaizdus redagavo „MIT News“ Diagramos,...

Naujų atradimų apie milijardus mikrobų pavertimą mūsų kūnu pavertimas įvairiomis ligomis

Įvairūs MIT tyrėjai naujus atradimus apie milijardus mikrobų paverčia žmogaus kūnu įvairiausių ligų gydymu. Įvairūs mokslininkai naujus atradimus apie milijardus mikrobų paverčia kūnu įvairiausių ligų...

MIT neurologai nustato hipokampo smegenų sąsają, koduojančią įvykių laiką

MIT neuromokslininkai nustatė, kad hipokampo CA2 regione esančios piramidinės ląstelės (žalios) yra atsakingos už kritinės informacijos saugojimą. Kreditas: „Tonegawa Lab“, redagavo „MIT News“ Išvados...

Vibruojančių molekulių naudojimas medžiagos bangų savybėms tirti

HD + molekuliniai jonai (geltonos ir raudonos taškų poros) jonų gaudyklėje (pilka) yra apšvitinti lazerio banga (raudona). Tai sukelia kvantinį šuolį pakeistų molekulių joninės...

Naujas dizainas pagerina naujos kartos perovskitų kraujo ląstelių efektyvumą

Autorius: Davidas L. Chandleris, Masačusetso technologijos institutas 2021 m. Vasario 27 d Šiame paveikslėlyje perovskito fotovoltai fone rodomi su atskirais perovskito kristalais, kurie rodomi kaip...

Newsletter

Subscribe to stay updated.