Ученые из Южной Кореи создали гибридную молекулу белка OptoSTIM1, который сочетает в себе признаки человека и растения, и научились с помощью нее улучшать память грызунов.
В недавней статье, опубликованной в Nature Biotechnology, рассказывается о том, что белок OptoSTIM1 способен увеличивать способность к запоминанию за счет изменения количества ионов кальция внутри клеток живого организма.
Бурно развивающаяся в последние десять лет область оптогенетики позволяет избирательно активизировать нервные клетки путем воздействия на светочувствительные рецепторы. В норме клетки мозга у животных не реагируют на свет, однако ученые могут передавать светочувствительные свойства некоторых растений к животным белкам, которые в свою очередь влияют на ионные каналы в мембране клеток, а, следовательно, и на многие процессы жизнедеятельности клетки. Если все идет “по сценарию”, то световая волна определенной длины может открывать или закрывать определенный ионный канал в клетке.
Группа корейских ученых из Корейского институт науки и технологий (KAIST) и Института фундаментальных наук (IBS Center for Cognition and Sociality) скрестила светочувствительный белок криптохром 2 (Сry2) из растения Arabidopsis thaliana c белком STIM1, который регулирует кальциевые каналы у всех животных. Полученную гибридную молекулу назвали OptoSTIM1. Попытки сделать тоже самое с помощью других молекул и раньше предпринимались учеными, однако исследования показали, что Cry2 работает в 5-10 раз эффективней, чем другие растительные белки.
Ученые проверяли эффект воздействия голубым светом сначала на эмбрионах аквариумных рыбок Данио-рерио, а затем и на эмбриональных стволовых клетках человека. В первом случае после вспышки света уровень кальция изменился только в одной клетке, а во втором — в испытуемой и даже в соседних клетках, которые не подвергались воздействию, демонстрируя своеобразный обмен межклеточной информацией.
Чтобы повлиять на память мышей, ученые сначала культивировали клетки гиппокампа (области мозга, отвечающей за воспоминания), а затем внедрили OptoSTIM1 живым мышам и активировали вспышкой света. В своем поведении эти животные сильно отличались от обычных мышей: после однократного испуга они испытывали вдвое больший страх, когда попадали в те же самые условия. Из чего ученые сделали вывод, что белок OptoSTIM1 активировал кальциевые каналы в клетках гиппокампа и улучшил память у мышей.
Это достижение открывает большие возможности для дальнейших исследований в области оптогенетики и поиска новых подходов к лечению нейродегенеративных заболеваний.
Один из исследователей Таюнг Кьюнг сказал:
В ряде заболеваний, которые возникают из-за нарушения регуляции ионов кальция, например при болезни Альцгеймера, мы сможем в ближайшем будущем лечить людей с помощью этого метода
Таюнг Кьюнг
Следует отметить, что будучи неинвазивным и не фармакологическим способом воздействия на клетку, он может быть очень привлекательным для пациентов.