Luce rivela Neuron Funzione

BERKELEY, California, 17 settembre 2009 - Con un lampo di luce, gli scienziati hanno azzerato in base al tipo di cellule neurali che controlla nuoto in zebrafish larvale.

Utilizzando la luce innovative proteine attivate e le tecniche di espressione genica, gli scienziati del US Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory e dell'Università della California, Berkeley, zapped zebrafish diversi con un impulso di luce, ed ha avviato una azione nuotare in un sottogruppo di pesce che è stato ricondotto al neurone che guida il side-to-motion lato della loro pinne coda.

La tecnica alla base di questo ago-in-cerca pagliaio per le radici nervose di un comportamento specifico potrebbe diventare un potente strumento per imparare come funzionano i sistemi biologici. La luce-activated protein potrebbe anche diventare uno strumento utile nel campo della biologia sintetica, in cui gli scienziati cercano di individuare una rete di proteine utili in un microbo e l'importazione in un altro microbo - un metodo potrebbe essere utilizzato per ottimizzare lo sviluppo dei biocarburanti malattia e le terapie di combattimento, per citarne alcune applicazioni.

"Questo è un modo molto singolare di giungere ad una singola cella: iniziando con il comportamento che i controlli", ha detto Ehud Isacoff, un biofisico che detiene gli appuntamenti in comune con Berkeley Lab's Physical Bioscienze e Scienze dei Materiali Divisioni e UC Berkeley's Department of Molecular and Cell biologia. La ricerca è frutto di una collaborazione in corso tra Claire Wyart, uno scienziato in Isacoff's UC Berkeley Lab, Filippo Del Bene di Herwig Baier UC San Francisco laboratorio, e Dirk Trauner dell'Università di Monaco di Baviera.


Attualmente, gli scienziati spesso determinano la funzione di un neurone tramite correlazione. Se un gruppo di neuroni si attiva ogni volta che un animale esegue un certo comportamento, quindi è probabile che quelli di controllo che il comportamento dei neuroni. Lo stesso vale se i neuroni sono interrotti: se il comportamento si ferma, poi i neuroni colpiti probabile controllo.

"Ma noi vogliamo andare al di là di correlazione ed effettivamente causalità di prova", ha detto Isacoff. "Vogliamo avere un comportamento di nuovo al sistema nervoso e determinare l'singoli neuroni che sono direttamente responsabili. E questo è stato molto difficile da fare fino ad ora ".

La chiave del successo degli scienziati 'è una proteina artificiale, luce-attivati hanno sviluppato alcuni anni fa. Le proteine possono essere geneticamente modificate per esprimere in un neurone o di altro tipo di cellula e funziona come un interruttore ottico. Zap la proteina con un colore di luce, e si accende e attiva il neurone di accoglienza. Zap con un altro colore della luce, e si spegne e il neurone diventa inattivo.

Per testare la luce-attivato proteine, Isacoff e colleghi hanno usato per cercare il cellulare che guida il circuito neurale che media nuoto in zebrafish larvale.

In primo luogo, che casualmente ha espresso la proteina nel genoma di centinaia di zebrafish larvale. Po 'di luce-interruttori attivati sono saltate fuori nelle cellule muscolari, alcuni in cellule ossee, ed in parte nel sistema nervoso centrale.

Successivamente, hanno scelto solo quei pesci in cui la luce-activated protein è stato espresso in cellule nervose nel midollo spinale, alcuni dei quali sono noti per il controllo di locomozione.

Poi zapped questi pesci con la luce. Come servi doverosa, una manciata di pesci accese spontaneamente le loro code una parte all'altra in un moto di nuoto. Un'ulteriore analisi ha portato gli scienziati alla sorgente neurale di questo comportamento: tutti i nuotatori hanno l'interruttore ottico espressi in una cellula, chiamato Kolmer-neurone Agduhr, la cui esistenza è nota da più di 75 anni, ma la cui funzione era rimasto un mistero .

"La nostra tecnica ci permette di identificare le parti precedentemente sconosciuta di circuiti neurali che il comportamento di un controllo", ha spiegato Isacoff. "E questo approccio può essere ampiamente utilizzato. Ciò che abbiamo fatto con locomozione può essere fatto con qualsiasi comportamento e in molti sistemi biologici ".

La ricerca è stata finanziata in parte da Berkeley Lab's Regia di ricerca e sviluppo del programma e il National Institutes of Health nanomedicina Development Center per il controllo ottico della funzione biologica.

Berkeley Lab è un laboratorio di US Department of Energy nazionale situati in Berkeley, Calif Conduce classificati ricerca scientifica ed è gestito dalla University of California, per l'Ufficio DoE della Scienza.

Per ulteriori informazioni, visitare: www.lbl.gov