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作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2021/8/12 9:43:16
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新技术可识别活体大脑蛋白质

 

研究人员能捕获蛋白质在活体老鼠大脑中的表达用于质谱分析。图片来源:美国西北大学

研究人员首次开发出可以识别活体动物大脑中蛋白质的新方法,向弄清不同类型神经元中数百万种不同的蛋白质迈出了一大步。8月11日,相关论文发表于《自然—通讯》。该研究有望推动帕金森氏症和阿尔茨海默病等疾病新疗法的开发。

美国西北大学和匹兹堡大学研究人员设计了一种病毒,可以将一种酶输送到活老鼠大脑中的一个精确位置。研究人员表示,从大豆中提取的这种酶,能将邻近的蛋白质标记在预定的位置。研究人员能借助该技术拍摄活神经元内全部蛋白质(或蛋白质组)的快照。

“以前,有科学家在体外细胞中做过类似的工作,但培养皿中的细胞并不像大脑中的细胞那样工作。”论文通讯作者、西北大学的Yevgenia Kozorovitskiy说,“在老鼠大脑的复杂组织中进行这项工作更具挑战性。现在,我们可以利用蛋白质组学的强大能力,在现实神经回路中展开研究。”

通过对蛋白质及其邻体进行化学标记,研究人员现在可以了解蛋白质在特定受控区域内是如何工作的,以及它们在蛋白质组中是如何相互作用的。除了携带大豆酶外,研究人员还使用病毒携带一种绿色荧光蛋白。

“我们发送绿色荧光蛋白来显示哪些神经元被标记了。如果神经元是绿色的,那么我们就知道这些神经元中表达了大豆酶。”Kozorovitskiy说。

当前,基因靶向技术已经改变了生物学和神经科学,但蛋白质靶向技术却落后了。通常,研究人员可以对基因和RNA进行扩增和排序,以确定它们的确切组成部分。然而,同样的方式无法被用于蛋白质研究,相反,研究人员必须将蛋白质分成多肽,然后再将它们组合在一起,这是一个缓慢而不完美的过程。

“蛋白质是我们细胞中的最终效应器。了解蛋白质在哪里、如何工作,以及它们之间的相互作用是非常重要的。”Kozorovitskiy说。

“基于质谱的蛋白质组学是一项强大的技术。”论文第一作者、Kozorovitskiy实验室博士候选人Vasin Dumrongprechachan说,“通过该方法,我们能以高精度和特异性绘制各种大脑回路的蛋白质组,我们甚至可以量化它们,看看有多少蛋白质存在于神经元和大脑的不同部分。”

现在,研究人员可以将这个新系统应用于小鼠模型,以便更好地了解神经疾病。未来,他们希望扩展这种方法,进而识别神经元蛋白的生化修饰。“这些修饰发生在大脑活动的特定模式中,或由神经活性药物引起,识别它们有助于促进临床治疗的发展。”Dumrongprechachan说。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-021-25144-y

 
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