O nouă platformă de control optic blochează și restabilește semnalizarea neurală
DGIST (Președinte Kunwoo Lee) a anunțat că o echipă de cercetare condusă de profesorul Ji Won Um, din cadrul Centrului pentru Diversitate și Specificitate a Sinapselor, Departamentul de Științe ale Creierului, în colaborare cu o echipă de cercetare condusă de profesorul Alice Ting de la Universitatea Stanford, a dezvoltat LATeNT, o platformă inovatoare de control optic care utilizează lumina pentru a bloca transmiterea semnalelor între neuroni și, ulterior, pentru a restabili semnalizarea normală.
Tehnologia se preconizează că va fi aplicabilă într-o gamă largă de cercetări în științele vieții și în domeniul medical, inclusiv în elucidarea mecanismelor patogene ale tulburărilor cerebrale și în reglarea secreției de insulină.
Sinapsele reprezintă principalele locuri de conexiune prin care neuronii schimbă informații. Disfuncția semnalizării sinaptice poate cauza o gamă variată de tulburări neuropsihice, inclusiv tulburări de anxietate, depresie și tulburarea din spectrul autist. Tehnologiile optogenetice convenționale au fost, în mare parte, limitate la controlul activității electrice a neuronilor, având limitări tehnice în suprimarea transmiterii semnalului la sinapse specifice pentru perioade extinse, permițând în același timp restaurarea completă a acesteia ulterior.
Pentru a depăși aceste limitări, echipa de cercetare a proiectat cu precizie LATeNT prin fuzionarea unei proteine LOV (light-oxygen-voltage), care percepe lumina, cu neurotoxina tetanică, care cleavează proteinele implicate în eliberarea neurotransmițătorilor. LATeNT suprimă semnalizarea sinaptică prin cleavarea VAMP2, o proteină esențială pentru neurotransmisie, doar atunci când este expusă la lumină albastră de o lungime de undă specifică. Odată ce stimulul luminos este îndepărtat, acesta prezintă proprietăți reversibile, neurotransmisia revenind la starea sa inițială în aproximativ 24 de ore.
În special, LATeNT induce un efect inhibitor puternic asupra neurotransmisiei cu doar o stimulare slabă cu lumină albastră. Aplicând aceasta într-un model de șoarece, echipa de cercetare a blocat temporar semnalizarea de la neuroni inhibitori specifici din hipocamp, care reglează memoria și emoția, demonstrând că acești neuroni sunt instrumentali în circuitele neuronale ale creierului care controlează comportamentul asociat cu anxietatea. În plus, LATeNT a prezentat efecte inhibitorii mai puternice și mai susținute decât instrumentele optogenetice convenționale.
Mai mult, echipa de cercetare a aplicat LATeNT asupra sistemului nervos central, precum și asupra celulelor β pancreatice, reușind să regleze cu precizie secreția de insulină utilizând lumina. Aceste descoperiri sugerează că LATeNT este o platformă versatilă cu aplicații largi în biotehnologie, transcenzând cercetarea circuitelor neuronale cerebrale, inclusiv cercetarea asupra tulburărilor metabolice și imune și proiectarea circuitelor genetice bazate pe biologie sintetică.
LATeNT este primul instrument molecular care poate controla spatio-temporal funcția proteinelor sinaptice specifice, sporind semnificativ precizia cercetării circuitelor neuronale. Când va fi combinat cu tehnologia de livrare genică AAV (virus asociat adeno), sau cu sisteme de control al medicamentelor în viitor, ar putea fi extins într-o platformă pentru terapie de precizie personalizată aplicabilă nu doar tulburărilor cerebrale și neurologice, ci și cancerului, tulburărilor metabolice și tulburărilor imune.
