Ижар и его команда в лаборатории разрабатывают так называемые оптогенетические методы – методы исследования, которые позволяют им «реконструировать» активность определенных мозговых цепей, чтобы лучше понять их функции. Оптогенетика использует белки, известные как родопсины, для контроля активности нейронов в мозге мыши. Родопсины – это светочувствительные белки – они наиболее известны своей ролью в таких органах, как сетчатка, а не во внутренних темных областях тела. Но родопсины в мозге мышей Ижара позволяют ему контролировать активность определенных нейронов, когда он и его команда направляют крохотный луч света в мозг мыши.
Его особенно интересует связь между нейронами: какие сигналы проходят через синапсы, те промежутки, через которые проходят сигналы мозга? «Мы можем обнаружить присутствие различных нейромедиаторов, но разные нейроны« читают »эти нейротрансмиттеры по-разному», – говорит он. «Оптогенетика позволяет нам не только видеть« чернила », но и действительно расшифровывать« сообщение »."
Хотя в последние годы оптогенетические методы принесли ряд прорывных результатов в лабораториях по всему миру, они могут быть немного привередливыми. В частности, родопсины, используемые для оптогенетических исследований, имеют тенденцию быть несовершенными, когда дело доходит до контроля активности синапсов, крошечных соединений между нейронами.
Ижар и большая команда его учеников, в том числе доктор. Матиас Ман, доктор. Инбар Сараф Синик и Притиш Патил считали, что они могут создать лучшую версию родопсинов, чем те, которые доступны в настоящее время. «Мы решили осмотреться и посмотреть, какие природные решения существуют», – говорит Ижар.
Оказывается, природа содержит множество вариаций молекулы родопсина – не только в глазах животных, но и в рыбах, насекомых и даже млекопитающих, переносящих их в различных частях тела; некоторые, возможно, для регулирования своих циркадных циклов, другие для целей, пока неизвестных. Таким образом, команда начала с длинного списка потенциальных белков родопсина, и их первая работа заключалась в оценке того, какие из них с наибольшей вероятностью удовлетворят их экспериментальные потребности, которые в первую очередь включали светозависимые белки, способные модулировать синаптическую активность.
В конце концов исследователи сократили свой список до двух – один взят у иглобрюха, а другой – у комара.
Именно москитный родопсин оказался наиболее подходящим. Чтобы оценить эффективность нового инструмента, созданного на основе комаров, исследователи протестировали свой метод с препаратом, который, как известно, снижает силу связи между нейронами в головном мозге.
Они обнаружили, что вмешательство было таким же эффективным и гораздо более устойчивым с родопсином москита.
Более того: в отличие от обычного лекарства, которое воздействует на многочисленные части мозга и которое трудно контролировать, исследователи обнаружили, что, поскольку свет влияет только на нейроны, производящие сенсор комара, модулирующее воздействие на синапсы мозга можно точно контролировать. как в пространстве, так и во времени – просто включив или выключив свет в определенных областях мозга. Затем они подтвердили полезность нового инструмента, применив его для блокирования высвобождения нейромедиатора дофамина только на одной стороне мозга: освещение полушария, экспрессирующего родопсин комара, зеленым светом привело к односторонней предвзятости в их поведении. мышей. Другими словами, они создали инструмент, который был точным, избирательным и управляемым.
«Одним из основных преимуществ родопсина москита является то, что он бистабильный, то есть не нуждается в обновлении, и он потенциально очень специфичен, так что мы можем контролировать только те синапсы, которые нас интересуют», – говорит Йижар. "Это очень захватывающая технология, поскольку она позволит нам обнаружить роль определенных путей в мозге таким способом, который раньше был невозможен. Мы думаем, что этот белок от комаров может открыть путь к разработке целого семейства новых оптогенетических инструментов для использования в исследованиях нейробиологии.«Эти научные усилия получат большой импульс в рамках нового Института мозговых и нейронных наук – флагманского проекта Института Вейцмана, который, как ожидается, соберет вместе ведущие исследовательские группы из различных областей, которые объединят усилия, чтобы раскрыть тайны мира. головной мозг.