La protéine fluorescente illumine le fonctionnement interne du cerveau

Les interactions entre les neurones impliquent à la fois des signaux chimiques et électriques. Pendant des décennies, les neuroscientifiques ont cherché un moyen non invasif de mesurer le composant électrique. Atteindre cela pourrait faciliter l'étude du fonctionnement du cerveau et de la façon dont les maladies neurologiques altèrent son fonctionnement.

Allumer: L'application d'une tension aux neurones montrés ici a provoqué une augmentation de la fluorescence.

Une approche prometteuse est le suivi de l'activité électrique neuronale par fluorescence, qui peut être intégrée assez facilement dans les cellules grâce à la génétique ou en étant attachée à des anticorps, mais qui peut être toxique et lente à agir. La semaine dernière, les chercheurs ont présenté un nouveau candidat, une protéine fluorescente d'un microbe de la mer Morte, qui semble mieux équipé pour relever le défi.

La protéine, appelée archaerhodopsine-3, ou Arch, a été découverte il y a plus de 10 ans, mais les scientifiques commencent tout juste à réaliser son potentiel en tant qu'outil de recherche. Dans une étude publiée l'année dernière, les chercheurs ont utilisé la lumière pour déclencher une réponse électrique d'Arch qui a fait taire les neurones hyperactifs, une approche qui pourrait conduire à de nouvelles thérapies pour l'épilepsie et d'autres troubles épileptiques.

Dans cette étude, les chercheurs ont pris le chemin inverse et ont utilisé l'électricité pour provoquer des changements dans la fluorescence d'Arch. L'approche pourrait conduire à des méthodes plus précises pour enregistrer les signaux électriques du cerveau.

Les résultats, publiés dans Méthodes naturelles , indiquent qu'Arch pourrait être le capteur de tension non invasif recherché par les neuroscientifiques : il n'est pas toxique pour les cellules, et il est suffisamment sensible et rapide pour capter les changements électriques rapides qui accompagnent l'activité neuronale.

Il semble meilleur que toutes les autres méthodes d'imagerie optique que j'ai vues auparavant, dit Darcy Peterka , un neuroscientifique de l'Université Columbia qui n'a pas participé à l'étude.

La méthode standard d'enregistrement de l'activité électrique dans les neurones en culture cellulaire - qui consiste à coller une électrode dans la cellule - reste la plus précise pour mesurer la tension en un seul point de la cellule. Mais perforer un neurone avec une électrode finit par le tuer, alors qu'Arch permettrait aux chercheurs de suivre le signal électrique au fur et à mesure qu'il se propage dans la cellule. Cela permettrait également aux chercheurs d'enregistrer encore et encore à partir de la même cellule, ce qui permettrait des expériences à long terme qui ne seraient pas possibles avec la méthode standard.

Cela dépend vraiment des questions scientifiques auxquelles vous essayez de répondre, dit Adam Cohen , chercheur en biophysique à l'Université Harvard et auteur principal de la nouvelle étude.

L'étude a été menée sur des neurones de souris en culture, mais Cohen et ses collègues prévoient d'utiliser Arch pour mesurer l'activité neuronale chez des animaux vivants, en commençant par des organismes simples, tels que le poisson zèbre et le ver C. elegans . L'un des avantages de ces animaux est qu'ils sont transparents, ce qui permet de voir facilement le signal fluorescent à travers un microscope.

Arch pourrait également s'avérer utile pour l'imagerie de signaux électriques dans le cerveau des mammifères, en particulier pour des expériences sur des souris, qui pourraient être génétiquement modifiées pour exprimer la protéine dans des neurones spécifiques ou à des moments spécifiques du développement, par exemple.

Le défi de transférer l'approche aux animaux est de s'assurer que le signal fluorescent reste fort et cohérent. Dans le cerveau vivant, la lumière est absorbée, par exemple par le sang, donc vous perdez de la lumière, dit Ed Boyden , le chercheur du MIT qui a dirigé l'étude qui a utilisé Arch pour faire taire les neurones.

La fluorescence émise par Arch n'est pas non plus aussi brillante que certains des autres colorants disponibles, mais sa faible toxicité rend cela moins préoccupant, car les chercheurs pourraient compenser en utilisant des concentrations plus élevées. Le fait qu'ils l'aient fait bien fonctionner dans les neurones de souris est de bon augure, dit Peterka.

cacher