Een internationaal team van wetenschappers heeft een belangrijke stap gezet in de richting van een beter begrip van de innerlijke werking van de hersenen, inclusief de moleculaire processen die een rol kunnen spelen bij neurologische aandoeningen.

Het onderzoeksteam heeft voor het eerst een nieuwe biosensor gebruikt om de bewegingen van de neurotransmitter glycine - een signaalmolecuul in de hersenen - optisch te volgen.

Hoofdonderzoeker Associate Professor Colin Jackson van de Australian National University (ANU) zei dat de nieuwe studie wetenschappers zou helpen meer inzicht te krijgen in neurologische aandoeningen die optreden als gevolg van disfunctionele neurotransmitteractiviteit.

"Om te begrijpen hoe de hersenen op moleculair niveau werken en hoe dingen fout kunnen gaan, we moeten de afgifte en opname van neurotransmitters begrijpen, " zei universitair hoofddocent Jackson van de ANU Research School of Chemistry.

"Neurozenders zijn te klein om direct te zien, dus hebben we een nieuwe biosensor voor ze gemaakt."

Glycine is een neurotransmitter in het centrale zenuwstelsel, inclusief in de cortex, ruggengraat, hersenstam en netvlies. Het speelt een rol bij neuronale communicatie en leren, en ook bij het verwerken van motorische en sensorische informatie die beweging mogelijk maakt, zien en horen.

Het onderzoeksteam ontwierp en maakte een eiwit om glycine te binden en fuseerde het met twee andere fluorescerende eiwitten.

"Als het bindende eiwit aan glycine bindt, de fluorescerende eiwitten veranderen hun relatieve posities en we zien een verandering in fluoresceren die we kunnen volgen met een speciale microscoop, ', zegt universitair hoofddocent Jackson.

"Er was voorheen geen manier om de activiteit van glycine in hersenweefsel te visualiseren - we kunnen dit nu doen, wat spannend is.

"In de toekomst, we willen sensoren maken voor andere neurotransmitters en met onze sensor kijken naar de moleculaire basis van bepaalde neurologische aandoeningen."

Het onderzoek werd gefinancierd door het Human Frontiers in Science Fellowship-programma, die het team van Associate Professor Jackson aan de ANU en onderzoekers van de Universiteit van Bonn in Duitsland en het Institute of Science and Technology in Oostenrijk financierde.

Het team van professor Christian Henneberger aan de Universiteit van Bonn in Duitsland hielp bij het ontwerp van de sensor en ontwikkelde de technieken om de nieuwe biosensor in levend hersenweefsel te gebruiken. Hierdoor konden ze zien hoe glycineniveaus in realtime veranderen als reactie op neuronale activiteit en hoe glycine wordt verdeeld in levend hersenweefsel.

"De sensor stelde ons in staat om belangrijke hypothesen over glycinesignalering direct te testen. We ontdekten ook dat, onverwacht, glycineniveaus veranderen tijdens neuronale activiteit die leergerelateerde synaptische veranderingen induceert, " zei professor Henneberger.

"We volgen onze studie op door de mechanismen die de invloed van glycine op de informatieverwerking in de gezonde hersenen en ook in ziektemodellen bepalen, verder te onderzoeken."

Het onderzoek is gepubliceerd in Natuur Chemische Biologie .