De complexiteit van levende wezens wordt gedreven, voor een groot deel, door de enorme diversiteit aan celtypes. Omdat alle cellen van een organisme dezelfde genen delen, de diversiteit van cellen moet afkomstig zijn van de specifieke eiwitten die tot expressie worden gebracht. Cellen in de hersenen zijn over het algemeen verdeeld in neuronen en glia. Binnen deze twee categorieën, echter, ligt een grote diversiteit aan celtypen die we nog maar net beginnen te ontdekken. De diversiteit aan celtypes in hersenen en andere weefsels is recentelijk uitgebreid door nieuwe technieken, zoals RNA-sequencing, die de mRNA's in een cel identificeren en meten, het zogenaamde transcriptoom. Hoewel mRNA's de sjabloon zijn voor eiwitten, het transcriptoom is een slechte proxy voor eiwitten die een cel daadwerkelijk maakt, het proteoom. Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Hersenonderzoek in Frankfurt hebben nu nieuwe methoden ontwikkeld om realtime veranderingen in het proteoom te detecteren.

Voortbouwend op eerdere technologie, ontwikkeld door het laboratorium van Erin Schuman aan het Max Planck Institute en medewerkers David Tirrell van Caltech en Daniela Dieterich van de Universiteit van Magdeburg, Beatriz Alvarez-Castelao en collega's maakten gebruik van een "metabool" etiketteringssysteem voor eiwitten. In dit systeem worden eiwitten tijdens de synthese "gelabeld" met een aminozuur, dat wil zeggen, onder normale omstandigheden, niet aanwezig in deze cellen. Om eiwitten in een bepaald celtype exclusief te labelen, het onderzoeksteam gebruikte een mutant methionyl-tRNA-synthetase (MetRS) dat het gemodificeerde aminozuur herkent. Vervolgens creëerden ze een muislijn waarin de MetRS kan worden uitgedrukt in specifieke celtypen. Wanneer het niet-canonieke aminozuur via het drinkwater aan de gemuteerde MetRS-muizen wordt toegediend, alleen eiwitten in cellen die het gemuteerde metRS tot expressie brengen, worden gelabeld.

De eiwitten die in cellen zijn gelabeld, kunnen worden gevisualiseerd en herkend met antilichamen of kunnen worden geëxtraheerd en geïdentificeerd met behulp van massaspectrometrie. Alvarez-Castelao:"We gebruikten de techniek om twee verschillende sets herseneiwitten te identificeren, die aanwezig zijn in prikkelende neuronen in de hippocampus, een hersenstructuur die belangrijk is voor de navigatie en het leren en het geheugen van dieren, en remmende neuronen in het cerebellum, een structuur die betrokken is bij motorisch gedrag."

Een bijzonder opvallend kenmerk van deze technologie is dat men direct veranderingen in herseneiwitten kan detecteren als reactie op een gewijzigde omgeving. Muizen die zijn opgegroeid in een verrijkte zintuiglijke omgeving met een labyrint, loopwiel, en speelgoed met verschillende texturen vertoonden significante veranderingen in het proteoom in de hippocampus, vooral in eiwitten die werken bij neuronale synapsen. Schuman:"We denken dat, door deze muis te combineren met andere "ziekte" muismodellen, deze methode kan worden gebruikt om de eiwitten in bepaalde celtypen te ontdekken en hoe proteomen veranderen tijdens de ontwikkeling van de hersenen, aan het leren, geheugen en ziekte."