Persönliche Gesundheit

Neuer Ansatz für die Untersuchung erlebnisorientierten Aktivität von Transkriptionsfaktoren in vivo

Gehirne sind sehr anpassungsfähig. Neuronale verbindungen werden ständig verändert, geformt durch das, was Menschen erleben in Ihrem täglichen Leben. Neue Erinnerungen, gelerntes und neue Fähigkeiten spark dieser dynamische Prozess, wodurch dauerhafte Veränderungen neuronaler schaltkreise. Wie das Sprichwort sagt: Erfahrung ist der beste Lehrer, und es könnte nicht wahrer sein für Gehirne.

Zusammen mit lernen und Gedächtnis, sensorische Erfahrungen wie hören Sie Musik oder schätzen Sie einen atemberaubenden Blick haben auch eine ähnliche Wirkung auf das Gehirn. Die eingehenden sensorischen Informationen aktiviert die Neuronen im cortex, was langfristige änderungen an der Schaltung je nachdem, was er erlebt. Dieser Prozess, das sogenannte „experience dependent plasticity“, ist Teil der Grund, warum Gehirne entwickeln sich unterschiedlich aufgrund der individuellen Lebenserfahrungen.

Aber wie funktioniert das Gehirn konvertieren relativ kurz andauernde neuronale Aktivität in der langfristigen Veränderungen, getrieben durch sensorische Erfahrungen? Der Schlüssel liegt darin, spezialisierte Proteine, sogenannte Aktivität-abhängige Transkriptionsfaktoren. Reaktion auf neuronale Aktivität, die diese Faktoren aktivieren die Gene innerhalb der Zelle zu übersetzen, schnelle eingehende Signalisierung in langsamer, dauerhafte Veränderungen. Trotz der offensichtlichen Bedeutung des Aktivität-abhängigen Transkription zu Entwicklung und langfristige Plastizität, es war vorher nicht direkt beobachten Transkriptionsfaktor-Aktivität. Dies war vor allem auf den Mangel an verfügbaren Werkzeuge zur Untersuchung der Interaktion zwischen der neuronalen Aktivität und der Transkriptionsfaktor-Aktivierung, die stattfindet, in einer intakten, lebenden Gehirn.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Neuron, Forscher in der Yasuda-Labor am Max Planck Florida Institute for Neuroscience (MPFI) haben entworfen und entwickelt neuartige Biosensoren, die es erlauben die gleichzeitige Untersuchung von beiden sensorisch-evozierten neuronalen Aktivität und Transkription Faktor der Dynamik. Die Kopplung der spezielle Techniken des zwei-Photonen-Kalzium imaging mit zwei-Photonen-Fluoreszenz-lifetime-imaging (2pFLIM), die Wissenschaftler haben jetzt die Möglichkeit, zu untersuchen, wie Transkriptionsfaktoren Funktion in einem lebenden Gehirn mit single-cell-Auflösung.

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„Transkriptionsfaktor-Aktivität im Gehirn ist nicht statisch, es ist ein sehr dynamischer Prozess, der auftreten kann, in der Größenordnung von Stunden bis Tagen nach einer sinnlichen Erfahrung“, erklärt Dr. Tal Laviv, research fellow in der Yasuda-Labor und führenden Autor des Papiers. „Traditionelle Methoden der Untersuchung dieser Proteine umfassen das einfrieren Hirngewebe an einem einzelnen moment in der Zeit. So, während diese Ansätze können Ihnen sagen, ob ein bestimmter Faktor, der aktiviert ist, oder nicht, Sie sind nicht gut einfangen, wie die Erfahrung Formen von Transkriptionsfaktor-Aktivität über die Zeit. Wir entwickeln wollte, um eine neue Art und Weise zu untersuchen, wie dieser Prozess tatsächlich ist, die in einem lebenden Gehirn, und wir haben uns entschieden, zu studieren CREB durch seine starke Beteiligung an Plastizität, lernen und Gedächtnis.“

MPFI Wissenschaftler gestartet, durch das erstellen sensitiven und spezifischen 2pFLIM Biosensoren entwickelt, um Bericht die direkte Aktivität des cAMP response-element binding protein (CREB). Ihre Verpackung neu erzeugten sensoren mit einem adeno-assoziierten viralen Strategie (AAVs), das team so äußerte Sie in einer population von Neuronen im somatosensorischen Kortex von Mäusen. Änderungen in der Umwelt bekannt sind, die Aktivierung dieser Hirnregion, und in der Antwort, die Neuronen innerhalb modulieren zahlreiche Signalmoleküle, einschließlich CREB. Aber wenig ist bekannt über die zeitliche Dynamik der CREB-Aktivierung nach einer Veränderung der Umwelt. Mit der 2pFLIM CREB-sensor, das team chronisch überwacht CREB-Aktivität in der gleichen population von Neuronen, während Mäuse erfahren eine angereicherte Umgebung. Die angereicherte Umgebung führte zu einem deutlichen Anstieg der CREB-Aktivität. Interessanterweise, wenn den Mäusen entfernt wurden, aus der angereicherten Umgebung für einen längeren Zeitraum, CREB-Aktivität wieder auf ein normales Niveau, was darauf hinweist sinnliche Erfahrung, die als ein Treiber für nachhaltiges handeln.

Nächsten, MPFI Wissenschaftler versucht, zu entwirren, wie sensorische Erfahrungen und neuronalen Aktivierung Form CREB-Aktivität im lebenden Gehirn. So zu tun, das team äußerte die CREB-sensor und einen sensor der neuronalen Aktivität (das Kalzium-sensor) in der Sehrinde von Mäusen. Frühere Studien haben gezeigt, dass bei Mäusen vorübergehend entzogen visuelle Reize und platziert in dunklen Gehäuse, neuronale Plastizität erhöht wurde, in den visuellen cortex. In der neuen Studie, visuellen kortikalen Neuronen abgebildet wurden im dunkel aufgezogenen Mäusen, die während der Darbietung der visuellen Reize. Sowohl Kalzium-und CREB-Dynamik in Einzel-Zellen wurden simultan abgebildet, die für längere Zeiträume. Die Ergebnisse zeigten eine dynamische regulation der CREB-Aktivität in der visuellen Rinde: Dunkel aufgezogenen Mäusen, die angezeigt dramatisch erhöhte visuell evozierte CREB im Vergleich zu Mäusen aufgewachsen in normalen Licht/dunkel-Bedingungen. Darüber hinaus CREB-Aktivität Ebenen gepflegt wurden, für einen Zeitraum von mindestens einem Tag im dunkel aufgezogenen Mäusen. Faszinierend diese erhöhten CREB-Aktivität wurde nicht durch erhöhte calcium-Werte innerhalb der einzelnen Neuronen, was darauf hinweist, dass sensorische Erfahrungen können Sie fein optimieren die Empfindlichkeit des Aktivität-abhängigen Transkription in lebenden Gehirn.