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新颖的成像技术使您可以更仔细地观察单个突触蛋白

为了避免与邻居进行强制性的“早上”谈话,您可能会急忙下班去工作,但这在头脑中是完全不同的故事。大脑中邻近的神经元在说话-很多。他们通过突触发送的电和化学信号进行昼夜通信。

为了进行这种交流,突触充满了包括蛋白质在内的整个分子机械。这些蛋白中的许多形成突触支架,其牵涉神经递质的分泌和信号的处理。当蛋白质出现问题时,我们经常会看到大脑中的交流障碍,这会导致自闭症或精神分裂症等疾病。因此,对于科学家来说,表征蛋白质并了解其健康的生理功能非常重要,以便准确地了解患病状态中的问题。麻省理工学院

高分辨率

研究人员的蛋白质与哈佛大学广泛研究所合作,设计了一种新颖的方法,可以使用多重成像方法以高分辨率对突触蛋白进行快速成像。

这项研究由麻省理工学院生物工程学教授马克·巴斯(Mark Ba​​the)和布罗德研究所(Broad Institute)斯坦利精神病学研究中心转化研究主任杰夫·科特雷尔(Jeff Cottrell)领导。他们的结果发表在《自然通讯》杂志上。

“复合成像非常重要,因为即使在同一大脑内,突触与细胞之间也存在很大的差异,” Bathe说。“您确实需要同时查看样品中的蛋白质,以了解不同突触的亚群是什么样,发现新型突触,并了解遗传变异如何影响它们。”

用DNA标记蛋白质

由于存在于突触中的蛋白质种类繁多,常规荧光显微镜的应用受到限制。最多一次只能成像四个蛋白质。这使得成像过程缓慢而乏味,可能会导致研究中断。

麻省理工学院的团队基于现有方法DNA PAINT开发了一种新技术,该技术最初是由马克斯·普朗克生物化学研究所的拉尔夫·荣格曼(Ralf Jungman)创建的。在DNA PAINT中,科学家将DNA抗体探针连接到目标蛋白质上,从而有效地“标记”蛋白质。然后,他们通过传递与DNA抗体探针结合的荧光DNA“寡核苷酸”使蛋白质成像。

DNA链彼此之间的亲和力很低,因此它们会结合并解开,产生闪烁的荧光,可以使用超分辨率显微镜捕获。但是,每种蛋白质的成像可能需要半小时,这是样品中许多蛋白质需要成像时的一个缺点。

基于这一技术,Bathe使用“锁定核酸”改变了DNA染料成像探针,使其可以与DNA抗体更紧密地结合。产生的信号更亮,因此尽管分辨率稍低,但成像速度更快。他们将他们的新颖方法命名为PRISM。

Bathe说:“当我们在单个神经元孔上进行12或15种颜色处理时,整个实验需要一个小时,而与之相比,整夜需要一整夜。”

应用这项技术,科学家们能够在突触中标记12种蛋白质,包括脚手架蛋白质和已知标记兴奋性和抑制性突触的蛋白质。一种这样的蛋白是shank3,一种与精神分裂症有关的支架蛋白。

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