Med hjälp av ett nytt optogenetiskt verktyg, forskare har framgångsrikt kontrollerat, reproducerade och visualiserade serotoninreceptorsignaler i neurala celler. För detta ändamål, de modifierade en ljuskänslig membranreceptor i ögat, nämligen melanopsin. Som ett resultat, de kunde slå på och av receptorn med hjälp av ljus; den fungerade också som en sensor som via fluorescens indikerar om specifika signalvägar i cellen hade aktiverats.

Sensorn var, dessutom, speciellt utformad för att migrera till de domäner i neurala celler som är känsliga för signalsubstansen serotonin. Teamet från Ruhr-Universität Bochum, ledd av Dennis Eickelbeck och professor Stefan Herlitze, beskrev sitt projekt i tidskriften Naturkommunikationsbiologi den 14 februari 2019.

Aktivera signalvägar med ljus

Melanospin är en G-proteinkopplad receptor som kan kontrollera specifika signalvägar i cellerna. I tidigare studier, teamet vid institutionen för allmän zoologi och neurobiologi i Bochum hade använt receptorn som ett optogenetiskt verktyg. Efter att ha modifierat receptorn, biologerna kunde slå på den med blått ljus och av med gult ljus. Således, de kunde aktivera olika G-proteinkopplade signalvägar i neurala celler med hjälp av ljus.

I deras nuvarande studie, forskarna optimerade verktyget och förvandlade det till en sensor som indikerar om en G-proteinkopplad signalväg har slagits på. Tricket:när en sådan signalväg är aktiverad, koncentrationen av kalciumjoner i cellen ökar. Forskarna smälte melanopsin med ett kalciumindikatorprotein, vars fluorescensintensitet ökar efter en ökning av kalciumkoncentrationen i cellen. Grönt ljus indikerade således att en G-proteinkopplad signalväg hade aktiverats.

Dubbel färgkod

Senare, biologerna lade till ytterligare två funktioner till sin sensor, dvs kalcium-melanopsin-lokal-sensorn, Camello för kort. De integrerade ett andra fluorescerande protein som permanent avger röd fluorescens.

Övervakar det röda ljuset, de kunde lokalisera sensorn i cellerna, oavsett om en signalväg var påslagen eller inte. Ett rött ljus indikerade alltså att Camello-sensorn var närvarande, medan ytterligare ett grönt ljus visade att det hade aktiverat signalvägar.

Receptortrafik i specifika domäner

Till sist, forskarna lade till ett fragment av en serotoninreceptor till Camello. Som ett resultat, sensorn transporterades till de domäner i cellen där serotoninreceptorer förekommer naturligt.

"Eftersom serotonin är involverat i många processer i det centrala nervsystemet, det spelar också en viktig roll vid många sjukdomar, som depression, schizofreni, ångest och migrän. Vi hoppas att, genom att underlätta detaljerad forskning om transporten, lokalisering och aktivitet av relevanta receptorer, vårt verktyg hjälper oss att förstå mekanismerna bakom dessa sjukdomar, säger Dennis Eickelbeck.