Генетически закодированный датчик для измерения динамики серотонина in vivo

Серотонин (5-HT), один из основных гормонов, выделяемых человеческим мозгом, выполняет множество важных функций. Например, известно, что серотонин стабилизирует настроение, вызывает чувство благополучия, регулирует режим сна и облегчает общение между клетками.

Поскольку известно, что передача серотонинергических сигналов в головном мозге играет решающую роль в широком спектре физиологических и психологических процессов, препараты, которые увеличивают или стабилизируют серотонинергическую активность, такие как селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС), обычно используются для лечения многих психиатрических и физиологических заболеваний. расстройства.

Хотя функции серотонина широко исследовались в прошлом, текущее понимание клеточно-специфической передачи сигналов 5-HT, связанной с различным поведением, все еще несколько ограничено. Отчасти это связано с отсутствием надежных методов измерения уровня серотонина in vivo (то есть в живых организмах).

Исследователи из Пекинского университета, Медицинского факультета Университета Вирджинии и других институтов Китая и США недавно разработали сложный генетически закодированный датчик, который можно использовать для измерения и мониторинга динамики серотонина. Этот датчик, представленный в статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience , может помочь в исследованиях, посвященных серотонинергической передаче сигналов, а также позволит врачам измерять уровни серотонина в головном мозге своих пациентов.

«Серотонин (5-HT) — это филогенетически законсервированный моноаминовый нейромедиатор, модулирующий важные процессы в головном мозге», — написали исследователи в своей статье. «Чтобы непосредственно визуализировать высвобождение 5-HT, мы разработали сенсор 5-HT (GRAB 5-HT ) на основе генетически кодируемого G-белок-связанного рецептора (GPCR) с высокой чувствительностью, высокой селективностью, субклеточной кинетикой и субклеточной разрешающая способность.»

В прошлом как эта исследовательская группа, так и другие нейробиологи во всем мире пытались разработать сенсоры, которые могут обнаруживать различные нейротрансмиттеры в головном мозге. Многие из этих устройств представляют собой датчики на основе GPCR-активации (GRAB), многообещающий класс датчиков, которые могут обнаруживать нейромодуляторные сигналы с высоким разрешением.

Чтобы оценить производительность и эффективность своего сенсора, исследователи сначала протестировали его на культивируемых клетках. Впоследствии они использовали его для обнаружения высвобождения серотонина в срезах мозга мышей и у обычных плодовых мушек (Drosophila).

«GRAB 5-HT обнаруживает высвобождение 5-HT при различных физиологических и патологических состояниях как у мух, так и у мышей и дает новое понимание динамики и механизмов передачи сигналов 5-HT», — пишут исследователи в своей статье.

Используя датчик, который они разработали, исследователи смогли отслеживать динамику 5-HT у живых мышей в определенных физиологических условиях, например, во время циклов сна и бодрствования. Это позволило им подтвердить результаты предыдущих исследований и получить новое представление о том, как серотонин помогает регулировать сон у мышей и, возможно, других животных.

Наконец, исследователи также попытались определить, может ли их датчик обнаруживать действие психостимулирующих препаратов. Для этого они вводили живым мышам метилендиоксиметамфетамин (МДМА), препарат, повышающий уровень серотонина в головном мозге , а затем использовали свой датчик для обнаружения изменений в серотонине.

«Внутрибрюшинная инъекция МДМА вызвала постепенное увеличение флуоресценции 5-HT1.0, которая достигла пика через 1 час, а затем постепенно затухала в течение следующих 3 часов», — поясняют исследователи в своей статье. «Этот временной курс сопоставим с психостимулирующим эффектом МДМА как у людей, так и у мышей».