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能夠?qū)崟r監(jiān)測大腦細胞外催產(chǎn)素動態(tài)變化的熒光傳感器問世
2022年10月14日 13:53:23
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：4870
因此，在這樣的情況下，急需能夠動態(tài)監(jiān)測腦催產(chǎn)素的技術(shù)出現(xiàn)。日前，來自日本金澤大學醫(yī)學研究生院的Daisuke Ino助理教授研究團隊開發(fā)了一種名為MTRIAOT的靈敏熒光催產(chǎn)素傳感器，這種傳感器能夠檢測小鼠大腦中的多種催產(chǎn)素動力學。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】我們都知道，催產(chǎn)素有著能夠刺激乳腺分泌乳汁，在分娩過程中促進子宮平滑肌的收縮，促進母愛的作用。然而，這并不是催產(chǎn)素唯一的作用，事實上，催產(chǎn)素還能夠降低人體內(nèi)腎上腺素酮等工作壓力生長激素的水平，以降低血壓。
催產(chǎn)素是一種由室旁核和下丘腦視上核中的神經(jīng)元產(chǎn)生的神經(jīng)肽，用來調(diào)節(jié)外周組織和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的許多生理過程。催產(chǎn)素神經(jīng)元主要將軸突發(fā)送到垂體后葉，在那里催產(chǎn)素作為促進分娩和哺乳的外周激素釋放到外周循環(huán)中。此外，催產(chǎn)素神經(jīng)元的軸突投射到許多其他大腦區(qū)域，以此釋放催產(chǎn)素以調(diào)節(jié)各種生理功能，例如感覺處理、進食控制、社會認知和情緒。除了作為內(nèi)源性配體的作用外，催產(chǎn)素也已成為一種潛在的精神疾病治療劑。
但是時至今日，大腦中催產(chǎn)素的動態(tài)變化與動物復雜行為之間的關(guān)系仍研究較少，其部分原因是由于缺乏合適的技術(shù)能夠在體內(nèi)進行實時檢測。目前可用的方法，如微透析和基于報告基因的檢測都有著一定的局限性，特別是在時間分辨率方面。
因此，在這樣的情況下，急需能夠動態(tài)監(jiān)測腦催產(chǎn)素的技術(shù)出現(xiàn)。日前，來自日本金澤大學醫(yī)學研究生院的Daisuke Ino助理教授研究團隊開發(fā)了一種名為MTRIAOT的靈敏熒光催產(chǎn)素傳感器，這種傳感器能夠檢測小鼠大腦中的多種催產(chǎn)素動力學。
這是一種基于G蛋白(鳥苷三磷酸結(jié)合蛋白)偶聯(lián)受體的綠色熒光催產(chǎn)素傳感器。他們選擇青鳉OTR (meOTR)作為熒光傳感器的支架，并且通過三個篩選步驟，分別得到了OT-1.0、OT-2.0和OT-3.0。篩選后的最終產(chǎn)物OT-3.0在100 nM OT刺激下具有約720%ΔF/F0熒光響應(yīng)，并能被OTR拮抗劑所抑制。
對PM的最佳靶向性( HEK293T) 細胞中OT-1.0對OT-3.0的劑量依賴性熒光反應(yīng)的表征表明，其篩選改善了熒光反應(yīng)的動態(tài)范圍，對半最大有效濃度(EC50)值幾乎沒有改變。研究人員將OT-3.0的熒光模塊命名為MTRIA，并將其更名為MTRIAOT。
研究人員還對該催產(chǎn)素傳感器進行了體內(nèi)驗證，他們使用腺相關(guān)病毒 (AAV)，在OTR表達水平較高的前嗅核(AON)表達MTRIAOT，并進行光纖測定記錄。他們在腦室內(nèi)輸注不同劑量催產(chǎn)素檢測到在0.2ug及以上劑量的刺激下，熒光強度顯著增加，表明MTRIAOT能夠?qū)崟r檢測活體大腦中的胞外催產(chǎn)素變化。
此外，他們還通過光誘發(fā)AON中催產(chǎn)素的釋放，發(fā)現(xiàn)隨著刺激激光功率的增加，且其在體內(nèi)的動力學特性時間常數(shù)足夠穩(wěn)定，說明MTRIAOT可用于測量體內(nèi)內(nèi)源性催產(chǎn)素釋放，具有高靈敏度和快速動力學。并且還發(fā)現(xiàn)，社交互動中MTRIAOT的熒光信號逐漸增加，其特征是上升時間常數(shù)為~1分鐘，而在提起鼠尾后(應(yīng)激反應(yīng))，MTRIAOT信號迅速上升，達到峰值信號值的平均時間約為6s。證明了MTRIAOT檢測能在幾秒鐘內(nèi)迅速出現(xiàn)催產(chǎn)素響應(yīng)的實用性。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，麻醉對大腦催產(chǎn)素水平具有抑制作用，并且食物剝奪會干擾催產(chǎn)素振蕩，研究人員將這種現(xiàn)象命名為“催產(chǎn)素湍流”，并且隨著年齡的增長，催產(chǎn)素振蕩反應(yīng)的頻率也會逐漸減緩。
該研究通過結(jié)合病毒基因傳遞并利用光纖光度介導的熒光測量，試驗了該傳感器在活體小鼠中實時檢測大腦催產(chǎn)素動態(tài)變化的功能，并表明催產(chǎn)素的動態(tài)變化受動物的行為環(huán)境和物理條件等因素影響，該傳感器使各種生理和病理過程中進行催產(chǎn)素動態(tài)分析成為可能。
我們可以注意的是，通過MTRIA系統(tǒng)，幾乎30%的工程傳感器在高濃度的特異配體刺激下顯示出顯著的熒光增加，這項發(fā)現(xiàn)將有助于加速各種基于GPCR傳感器的工程開發(fā)。該研究成果于近日發(fā)表在《Nature Methods》上，題為：A fluorescent sensor for real-time measurement of extracellular oxytocin dynamics in the brain。
(資料參考來源：科技部生物中心、自然方法)
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