Met behulp van een nieuwe optogenetische tool, onderzoekers hebben met succes gecontroleerd, gereproduceerde en gevisualiseerde serotoninereceptorsignalen in neurale cellen. Hiertoe, ze wijzigden een lichtgevoelige membraanreceptor in het oog, namelijk melanopsine. Als resultaat, ze konden de receptor met licht aan- en uitzetten; het werkte ook als een sensor die via fluorescentie aangaf of specifieke signaalroutes in de cel waren geactiveerd.

De voeler was Bovendien, specifiek ontworpen om te migreren naar die domeinen in de neurale cellen die gevoelig zijn voor de neurotransmitter serotonine. Het team van de Ruhr-Universität Bochum, onder leiding van Dennis Eickelbeck en professor Stefan Herlitze, beschreef zijn project in het tijdschrift Natuur Communicatie Biologie op 14 februari 2019.

Signaalpaden activeren met licht

Melanospin is een aan G-eiwit gekoppelde receptor die in staat is om specifieke signaalroutes in de cellen te controleren. In eerdere onderzoeken is het team van de afdeling Algemene Zoölogie en Neurobiologie in Bochum had de receptor ingezet als een optogenetisch hulpmiddel. Nadat de receptor is gewijzigd, de biologen konden hem aanzetten met blauw licht en uit met geel licht. Dus, ze zouden verschillende G-eiwit-gekoppelde signaalroutes in neurale cellen kunnen activeren met behulp van licht.

In hun huidige studie de onderzoekers optimaliseerden de tool en maakten er een sensor van die aangeeft of een G-eiwit-gekoppelde signaleringsroute is ingeschakeld. De truc:als zo'n signaalpad eenmaal is geactiveerd, de concentratie van calciumionen in de cel neemt toe. De onderzoekers versmolten melanopsine met een calciumindicator-eiwit, waarvan de fluorescentie-intensiteit toeneemt na een toename van de calciumconcentratie in de cel. Groen licht gaf dus aan dat een G-eiwit-gekoppelde signaalroute was geactiveerd.

Dubbele kleurcode

Vervolgens, de biologen voegden nog twee functies toe aan hun sensor, d.w.z. de calcium-melanopsine-lokale sensor, Camello in het kort. Ze integreerden een tweede fluorescerend eiwit dat permanent rode fluorescentie afgeeft.

Controle van het rode licht, ze konden de sensor in de cellen lokaliseren, ongeacht of een signaalpad was ingeschakeld of niet. Een rood lampje gaf dus aan dat de Camello-sensor aanwezig was, terwijl een extra groen licht aantoonde dat het signaalroutes had geactiveerd.

Receptorsmokkel in specifieke domeinen

Eindelijk, de onderzoekers voegden een fragment van een serotoninereceptor toe aan Camello. Als resultaat, de sensor werd verhandeld naar die domeinen van de cel waar serotoninereceptoren van nature voorkomen.

"Omdat serotonine betrokken is bij tal van processen in het centrale zenuwstelsel, het speelt ook een belangrijke rol bij veel aandoeningen, zoals depressie, schizofrenie, angst en migraine. Wij hopen dat, door gedetailleerd onderzoek naar het vervoer mogelijk te maken, lokalisatie en activiteit van relevante receptoren, onze tool zal ons helpen de mechanismen te begrijpen die ten grondslag liggen aan deze ziekten, ', zegt Dennis Eickelbeck.