科学家将意想不到的大脑研究结果为研究工具

困惑他们的实验结果,从贝勒医学院的一组科学家和得克萨斯州儿童医院调查为什么一个研究工具,将抑制神经元活动实际上是刺激它。他们的发现使他们修改研究工具的方式减少了不良反应,将其转化成更有用的技术来研究神经元的功能。这项研究发表在eLife。

“我们实验室的研究目标之一是了解不同类型的神经元在大脑回路相互作用来执行其功能,“名山薛博士说通讯作者,神经科学和分子和人类遗传学助理教授贝勒医学院,卡罗琳DeLuca凯恩的学者和成员基础实验室和Jan和丹邓肯神经研究所德克萨斯儿童医院。“研究神经元功能的一种方法是通过改变神经元的活动,然后观察的结果,就像在遗传学科学家修改基因决定它可能做什么。”

雪和他的同事们最初想要研究的影响抑制特定的视觉皮层神经元的活动的老鼠。他们使用一个optogenetic方法他们基因引入特定的神经元光敏蛋白light-gated氯通道GtACR2,被认为是神经活动的抑制剂。研究人员然后激活的抑制作用GtACR2上点亮一盏明灯,修改后的细胞。它预计,一旦激活,GtACR2会抑制的输出神经活动,研究人员测量了释放神经递质。

“我们预计,GtACR2会抑制释放神经递质,但令人惊讶的是神经元恰恰相反,”第一作者杰西卡·梅西耶说,在医学科学家是谁训练计划(医学博士/博士)贝勒医学院。“我们感到不解,这些意想不到的结果和调查的原因。”

神经元是如何工作的

神经元接收来自其他神经元的信号通过一个细胞被称为细胞的身体的一部分,指挥它“火”或“不火”的信号。如果命令是‘火’,胞体将发送信号沿着轴突,长丝状的扩展与他人连接神经元的细胞。将神经递质释放的轴突末梢传递到下一个神经元的信号。另一方面,如果细胞接收到“没有火”信号,那么它不会发送信号沿着轴突。

“当我们使用light-gated GtACR2频道,我们将沉默胞体,所以不管收到的信号,细胞不会发送信号沿着轴突。但是我们发现即使胞体确实是沉默,信号仍然贯穿轴突和神经递质释放,”梅西耶说。

激活时,通道GtACR2打开一扇门上的细胞带负电荷的氯离子流动,从他们的浓度高对低。氯离子的流动从内神经元向外触发一个“火”的信号,而相反,负离子流从外到内的细胞,导致“不火”的信号。通常,细胞外部氯浓度高于在里面,所以当通道GtACR2打开,离子向细胞内流动,导致一个“没有火”的信号。这就是为什么氯通道通常抑制神经元的活动。

”然而,我们发现,我们正在研究的特定的神经元,胞体内部的氯离子浓度低于细胞的浓度外,但在轴突是相反的,的浓度氯离子是里面比外面高,”雪说。”之间的这种不同氯离子浓度相同的细胞的胞体和轴突解释了为什么通道GtACR2引发了一场“没有火”响应在胞体和轴突的‘火’反应。”

最小化运行的“火”信号通过轴突,研究者修改频道GtACR2因此将主要通过细胞的身体,而不是在轴突。

“迁移通道GtACR2身体细胞显著降低运行的信号通过轴突,但仍有改进的余地,”雪说。“这方法还提高了细胞的抑制作用,导致增加抑制神经元的活动。带回家的消息对我们来说是这light-gated抑制通道可以使用,但重要的是要考虑到影响它在细胞的不同部位可以有。”

“我们在这里描述的现象也有其他含义。一个是这个频道本身已经成为一种工具来研究氯浓度在不同的车厢内神经元如轴突,是非常小的,而且很难研究,”梅西耶说。“其次,我们做出的改进,频道GtACR2减少了不良反应也给了我们未来的方向如何进一步提高工具。”