Komplexiteten hos levande saker drivs, till stor del, av den enorma mångfalden av celltyper. Eftersom alla celler i en organism delar samma gener, mångfalden av celler måste komma från de specifika proteiner som uttrycks. Celler i hjärnan är vanligtvis uppdelade i neuroner och glia. Inom dessa två kategorier, dock, ligger en stor mångfald av celltyper som vi bara börjar upptäcka. Mångfalden av celltyper i hjärnan och andra vävnader har nyligen utökats med nya tekniker, som RNA-sekvensering, som identifierar och mäter mRNA som finns i en cell, den så kallade transkriptomen. Även om mRNA är mallen för proteiner, transkriptomen är en dålig proxy för proteiner som en cell faktiskt gör, proteomen. Forskare från Max Planck Institute for Brain Research i Frankfurt utvecklade nu nya metoder för att upptäcka förändringar i proteomen i realtid.

Bygga på tidigare teknik, utvecklat av Erin Schumans laboratorium vid Max Planck Institute och medarbetare David Tirrell från Caltech och Daniela Dieterich från Magdeburg University, Beatriz Alvarez-Castelao och kollegor utnyttjade ett protein "metaboliskt" märkningssystem. I detta system "märks" proteiner under syntes med en aminosyra, vilket är, under normala förhållanden, finns inte i dessa celler. För att uteslutande märka proteiner i en viss celltyp, forskargruppen använde ett mutant metionyl -tRNA -syntetas (MetRS) som känner igen den modifierade aminosyran. De skapade sedan en muslinje där MetRS kan uttryckas i specifika celltyper. När den icke-kanoniska aminosyran administreras till de mutanta MetRS-mössen via dricksvattnet, endast proteiner i celler som uttrycker mutant metRS är märkta.

Proteinerna märkta i celler kan visualiseras och identifieras med antikroppar eller kan extraheras och identifieras med masspektrometri. Alvarez-Castelao:"Vi använde tekniken för att identifiera två olika uppsättningar av hjärnproteiner, de som finns i excitatoriska neuroner i hippocampus, en hjärnstruktur som är viktig för djurnavigering och inlärning och minne, och hämmande neuroner i cerebellum, en struktur involverad i motoriskt beteende. "

En särskilt slående egenskap hos denna teknik är att man direkt kan upptäcka förändringar i hjärnproteiner som svar på en modifierad miljö. Möss som fötts upp i en berikad sensorisk miljö med en labyrint, löphjul, och leksaker med varierande texturer visade signifikanta förändringar i proteomen i hippocampus, särskilt i proteiner som fungerar vid neuronala synapser. Schuman:"Vi tror att genom att kombinera denna mus med andra "sjukdoms" musmodeller, denna metod kan användas för att upptäcka proteinerna i synnerhet celltyper och hur proteomer förändras under hjärnans utveckling, inlärning, minne och sjukdom. "