Forscher an der University of California, Davis , Lawrence Berkeley National Laboratory und Marine Biological Laboratory in Woods Hole , Massachusetts , haben ein Mobil Sonde, die eine Tarantel Toxin kombiniert mit einer fluoreszierenden Verbindung , um zu helfen Forscher beobachten die elektrische Aktivität in Neuronen und anderen Zellen erstellt. Die Sonde bindet an einen spannungsaktivierten Kaliumionenkanal - Untergruppe, die aufleuchtet, wenn der Kanal deaktiviert und abgedunkelt wird, wenn er aktiviert wird .
Dies ist das erste Mal, Forscher in der Lage, visuell zu beobachten diese elektrischen Signalproteine einschalten ohne Gentechnik . Diese Visualisierungstools sind Prototypen von Sonden, die einige Tage Hilfe Forscher besser verstehen konnte die Ionenkanalstörungen, die dazu führen, Epilepsie , Herz Herzrhythmusstörungen und andere Bedingungen. Die Studie erscheint in den Proceedings der National Academy of Sciences (PNAS ) .
" Ionenkanäle wurden Lebens Transistoren genannt, weil sie wie Schalter fungieren , die Erzeugung elektrischer Rückführung " , sagte Senior Autor Jon Sack , Assistant Professor für Physiologie und Membranbiologie an der UC Davis. " Um zu verstehen , wie neuronale Systeme oder das Herz funktioniert, müssen wir wissen, welche Schalter aktiviert werden. Diese Sonden sagen Sie uns , wenn bestimmte Schalter einschalten. "
Spannungsabhängigen Kanälen sind Proteine, die spezifischen Ionen ermöglicht , wie Kalium- oder Kalzium , Um in und aus den Zellen fließen. Sie erfüllen eine wichtige Funktion , die Erzeugung eines elektrischen Stroms in Neuronen , Muskeln und anderen Zellen. Es gibt viele verschiedene Arten , darunter mehr als 40 Kaliumkanäle . Obwohl andere Verfahren sehr genau messen elektrische Aktivität in einer Zelle , ist es schwierig zu unterscheiden , welche speziellen Kanäle Einschalten .
"Es gibt etwa 40 spannungsabhängigen Kaliumkanal-Genen , die im Grunde das gleiche tun werden , und es war erschreckend schwer, herauszufinden, welche davon sind etwas, das physiologisch relevante es tun", sagte Sack .
Die Vogelspinne -Toxin, guangxitoxin -1E , war eine ideale Wahl, weil es natürlich bindet an die Kv2 Kanäle . Diese Kanäle werden in den meisten ausgedrückt , wenn nicht alle , Neuronen noch ihre Regulation und Aktivität sind komplex und aktiv diskutiert. Sack und seinem Labor arbeitete eng mit Bruce Cohen, ein Wissenschaftler im Lawrence Berkeley Lab Molecular Foundry , der studiert hat , wie fluoreszierende Moleküle und Nanopartikel , um die Bild Live cells.s verwendet werden
Um die Kanäle zu untersuchen, entwickelt das Team Varianten der Tarantel Toxin, das fluoreszenzmarkierte werden konnte und Funktion beibehalten . Diese Sonden wurden entwickelt, um den Kaliumkanäle binden , wenn sie in Ruhe waren und loslassen , wenn sie aktiv wurde . Die Forscher dann untersucht sie auf lebende Zellen . Zu ihrer Überraschung war die Sonden sofort.
" Eine Menge Zeit können Sie sehen mehrdeutige Ergebnisse , aber wenn wir an lebenden Zellen aufgenommen die Sonden war ein ganz klares Signal ", sagte Sack . "Als wir hinzugefügt Kalium , um die Zellen zu stimulieren, fiel die Sonden direkt an . "
Dies ist zwar nur ein erster Schritt zur Abbildung der Aktivität von Kalium und möglicherweise auch andere Ionenkanäle , hält diese Vorgehensweise ein enormes Potenzial , um den Wissenschaftlern helfen, zu verstehen, die zugrunde liegenden Mechanismen hinter Herzrhythmusstörungen, Muskelfehler und andere Channelopathien .
" Es gibt Dutzende von bekannten Channelopathien und mehr wird mit wachsender Geschwindigkeit aufgedeckt " , sagte Sack . "Wenn man die elektrische Anzeige haben , müssen Sie einen Kaliumkanal zu haben, und wenn dieser Kanal schlecht geht , die Zelle nicht die gleiche mehr. Zum Beispiel kann die Kv2.1 -Kanal , dass diese Sonde bindet , um Leads zu Epilepsie , wenn es funktioniert nicht richtig. "
Darüber hinaus ist die Fähigkeit, besser beobachten elektrische Meldung könnte Forschern helfen Karte des Gehirns auf der grundlegendsten Ebene.
"Das Verständnis der molekularen Mechanismen der neuronalen Erregung ist ein grundsätzliches Problem in der Entschlüsselung der Komplexität der Funktion des Gehirns ", sagte Cohen .
Beim Erstellen einer Sonde, die lesen können , ob der Kv2.1 Kanal Brennen oder im Ruhezustand ist eine wichtige Proof- of-Concept , gibt es noch eine Menge Arbeit zu tun. Sack und Cohen wird auch weiterhin zusammenarbeiten , der Untersuchung anderer Arten von Spinnengiften, die verschiedenen Kaliumkanäle binden.
" Das Schöne daran ist, das Potenzial ", sagte Sack . "Dies ist ein Brückenkopf in eine neue Art der Visualisierung der elektrischen Aktivität , und es gibt eine riesige Familie der Spinnengiftstoffe , die verschiedene Ionenkanäle Ziel. Wir haben ein Ford getaggt , sollten wir in der Lage, einen Chevy Tag sein."