Ein revolutionäres Werkzeug, das die verborgenen Funktionen von Gehirnzellen enthüllt

Ein revolutionäres Werkzeug, das die verborgenen Funktionen von Gehirnzellen enthüllt

Zusammenfassung: Die Forscher entwickelten ConVERGD, ein Werkzeug zur präzisen Manipulation spezifischer Subpopulationen von Zellen, wodurch Studien zur Zellvielfalt verbessert werden. Die Studie zeigte den Nutzen von ConVERGD durch die Identifizierung einer Subpopulation von Noradrenalin-Neuronen, die mit Angstzuständen assoziiert sind. Dieser innovative Ansatz könnte Auswirkungen auf Forschung und Behandlung in verschiedenen Bereichen haben.

Wichtige Fakten:

  • Präzisionswerkzeug: ConVERGD ermöglicht die präzise Ausrichtung und Manipulation von Zellsubpopulationen.
  • Anwendung der Neurowissenschaften: Wird verwendet, um eine Subpopulation von Noradrenalin-Neuronen zu identifizieren, die Angstzustände beeinflussen.
  • Breite Wirkung: Mögliche Anwendungen außerhalb der Neurowissenschaften, von denen verschiedene Forschungsbereiche profitieren.

Quelle: St. Jude Children’s Research Hospital

Da die Technologien zur genetischen Sequenzierung immer leistungsfähiger wurden, wuchs parallel auch unser Verständnis der zellulären Vielfalt. Dies veranlasste Wissenschaftler des St. Jude Children’s Research Hospital dazu, ein Werkzeug zu entwickeln, um die Einfachheit und Präzision zu verbessern, mit der Forscher bestimmte Untergruppen von Zellen untersuchen können.

Das Tool mit der Bezeichnung „Conditional Viral Expression by Ribozyme-Guided Degradation“ (ConVERGD) ermöglicht es Forschern, gezielt auf diese Teilmengen von Zellen zuzugreifen und diese auf der Grundlage mehrerer Zellmerkmale präzise zu manipulieren.

Wichtig ist, dass Ribozyme so konstruiert werden können, dass sie den Ein-/Ausschalter der Genexpression mit äußerster Präzision steuern. Bildnachweis: Neuroscience News

ConVERGD bietet mehrere Vorteile gegenüber bestehenden Kreuzexpressionsplattformen, indem es komplexere genetische Nutzlasten unterstützt und die Anpassungsfähigkeit erhöht.

Die Forscher demonstrierten den Nutzen von ConVERGD, indem sie eine bisher nicht identifizierte Untergruppe von Noradrenalin-Neuronen untersuchten. Die Arbeit zeigt, welche erheblichen Auswirkungen Untersuchungen zellulärer Subpopulationen auf die Grundlagenforschung und die Gesundheitsversorgung haben können.

Die Ergebnisse wurden heute in veröffentlicht Normale Neurowissenschaften.

Gleicher Zelltyp, unterschiedliche Funktionen

Für Lindsey Schwartz, Ph.D., in der Abteilung für Entwicklungsneurobiologie am St. Jude, führte die Notwendigkeit zur Erfindung, als sie die Landschaft der Neuronen und insbesondere der Neuronen, die Noradrenalin produzieren, erforschte.

„Es wird angenommen, dass Noradrenalin-Neuronen nur eine Art von Neuronen sind, aber wenn sie im Gehirn aktiviert werden, können sie viele verschiedene Arten von Verhalten hervorrufen, wie zum Beispiel die Steigerung der Aufmerksamkeit und Gedächtnisbildung oder das Auslösen einer Stressreaktion oder des Kampfes.“ -Flugreaktion“, sagte Schwartz.

„Aber wenn es nur einen Neuronentyp gibt, der dieses eine Molekül freisetzt, wie bringt es ihn dann dazu, unterschiedliche Dinge zu tun?“

Die Untersuchung solcher Fragen erfordert die Fähigkeit, zelluläre Subpopulationen selektiv und mit hoher Voreingenommenheit zu befragen. Zu diesem Zweck stellte Schwartz fest, dass nicht alle Versuche mit aktuellen Praktiken erfolgreich waren.

„Wir sind nicht mit dem Gedanken an dieses Projekt gegangen, dass wir ein neues Tool entwickeln würden, aber es schien ein Bedarf in der Community zu sein.“

Verbesserung der bestehenden Technologie zur gezielten Ausrichtung auf zelluläre Subpopulationen

Um Subpopulationen von Zellen ins Visier zu nehmen, müssen diese mehrere genetische Filter durchlaufen. Diese Kreuzfilter befragen die Gene, die Zellen exprimieren, sowie die Wege und Verbindungen, die sie herstellen, und analysieren verschiedene Subpopulationen, sodass sich Forscher auf eine ausgewählte Gruppe isolierter Zellen konzentrieren können.

Der Einsatz von auf Adeno-assoziierten Viren (AAV) basierenden Reportertools, die genetisches Material mit hoher Spezifität in bestimmte Zellen transportieren können, ist eine ideale Möglichkeit, diese Crossover-Filter anzuwenden.

Diese Reporter-Tools werden zur Markierung oder Überwachung der Genexpression und Proteinlokalisierung in bestimmten Zellen oder Regionen verwendet. Sie können jedoch komplex im Design sein und nur begrenzten Platz im Inneren bieten.

„Eines unserer Hauptziele bestand darin, ein Tool zu entwickeln, bei dem nur das interessierende Gen exprimiert wird, wenn es mit mehreren Merkmalen transkribiert wird, das aber für Endbenutzer wirklich einfach zu modifizieren und beliebige Gene einzufügen ist“, erklärte Schwartz.

Robuste Ribozyme bieten Spezifität der nächsten Generation

Schwartz und Erstautor Alex Hughes, Ph.D., Absolvent des St. Jude’s College of Biomedical Sciences, derzeit am Allen Institute for Brain Sciences, nutzten bei der Entwicklung von ConVERGD zwei separate Technologien: AAV-basierte Reportertechnologie und Inspiration aus der Welt von Ribozymen, bei denen es sich um Säurestränge handelt. Ribonukleinsäure (RNA) kann wie Enzyme wirken, indem sie biochemische Reaktionen katalysiert.

Am wichtigsten ist, dass Ribozyme so konstruiert werden können, dass sie den Ein-/Ausschalter der Genexpression mit äußerster Präzision steuern.

„Zuerst hörten wir von Ribozymen von einem Journalclub, der eher therapeutisch über den Einsatz von Ribozymen nachdachte“, sagte Schwartz. „Alex kam zurück und entdeckte, dass er einen Weg finden konnte, diese Werkzeuge in neurowissenschaftlichen Werkzeugen zu verwenden.“

Spannend für die neurowissenschaftliche Gemeinschaft und darüber hinaus

Als Machbarkeitsnachweis verwendeten Schwartz und Hughes ConVERGD, um eine Untergruppe von Noradrenalin-Neuronen abzufragen.

„Zusammengenommen scheiden Neuronen viele verschiedene Dinge aus“, erklärte Schwartz.

„Die Untergruppe, auf die wir abzielten, produziert Noradrenalin, aber sie produziert auch dieses andere Opioidpeptid namens Dynorphin, das in diesen Neuronen zuvor nicht charakterisiert wurde. Mithilfe von ConVERGD haben wir herausgefunden, dass die Aktivierung nur dieser Neuronen, die Dynorphin exprimieren, ausreicht, um eine Angstreaktion auszulösen .“

Schwartz hofft, dass durch die Analyse und Zuweisung von Funktionen zu einer Untergruppe von Zellen eine gezielte Therapie möglich sein wird.

„Wir behandeln Angstzustände und Depressionen mit Medikamenten, die auf die Noradrenalin-Signalübertragung abzielen, aber sie zielen weltweit darauf ab“, sagte Schwartz.

„Sie werden auch Schäden an anderen wichtigen Funktionen von Noradrenalin feststellen, die Sie nicht sehen möchten. Eine gezieltere Ausrichtung auf diese Neuronen kann helfen, dies zu verbessern.“

Die Arbeit wird weit über St. Jude hinaus weitreichende Auswirkungen haben. „Wir freuen uns sehr darüber für die Community“, sagte Schwartz. „ConVERGD sollte auf jedes Gewebe anwendbar sein und könnte über die Neurowissenschaften hinaus nützlich sein.

Autoren und Finanzierung

Weitere Autoren der Studie sind Brittany Pittman, Bessie Shaw, Jesse Gammons, Charisse Webb, Hunter Nolen, Philip Chapman, Jay Beckoff und St. Jude.

Die Studie wurde durch Zuschüsse der Brain and Behavior Research Foundation (NARSAD Young Investigator Grant), der National Institutes of Health (1DP2NS115764, P30 CA021765) und ALSAC, der Fundraising- und Outreach-Organisation in St. Jude, unterstützt.

Über Neuigkeiten aus der Neurotechnologie-Forschung

Autor: Chelsea Bryant
Quelle: St. Jude Children’s Research Hospital
Kommunikation: Chelsea Bryant – St. Jude Children’s Research Hospital
Bild: Bildquelle: Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Geschlossener Zugang.
Eine Einzelvektor-vernetzte AAV-Strategie zur Untersuchung der Zellvielfalt und der Gehirnfunktion„Von Lindsay Schwartz et al. Normale Neurowissenschaften


eine Zusammenfassung

Eine Einzelvektor-vernetzte AAV-Strategie zur Untersuchung der Zellvielfalt und der Gehirnfunktion

Da die Entdeckung der Zellvielfalt im Gehirn immer schneller voranschreitet, steigt auch der Bedarf an Werkzeugen, die auf Zellen basierend auf mehreren Merkmalen abzielen.

Hier haben wir die bedingte Virusexpression durch Ribozym-gesteuerten Abbau (ConVERGD) entwickelt, eine vielschichtige, virusbasierte Einzelkonstrukt-Targeting-Strategie, die selbstgespleißte Ribozyme mit herkömmlichen FLEx-Schaltern kombiniert, um molekulare Ladung an bestimmte neuronale Subtypen zu liefern.

ConVERGD bietet Vorteile gegenüber bestehenden Cross-Expression-Plattformen, wie beispielsweise erweitertes Cross-Targeting mit bis zu fünf rekombinationsbasierten Funktionen, die Unterbringung größerer und komplexerer Nutzlasten und einen leicht modifizierbaren Vektor zur schnellen Erweiterung des Toolkits.

In diesem Bericht haben wir ConVERGD verwendet, um eine unerforschte Subpopulation von Noradrenalin (NE) produzierenden Neuronen innerhalb des Nagetier-Locus coeruleus zu charakterisieren, die das endogene Opioid-Gen Prodynorphin koexprimieren (Fettleibig).

Diese Studien zeigen ConVERGD als vielseitiges Werkzeug zur gezielten Erkennung und Erkennung verschiedener Zelltypen Fettleibig-Ausdruck von NE+ Loco coeruleus-Neuronen sind als kleine neuronale Subpopulation in der Lage, prooxidative Verhaltensreaktionen bei Nagetieren auszulösen.

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