Исследователи описывают новый способ визуализации нейронов, чувствительных к силе

Недавнее исследование, проведенное учеными из Техасской детской больницы, Медицинского колледжа Бейлора и Исследовательского института Скриппса, показало, что флуоресцентный краситель FM 1-43 является эффективным и универсальным инструментом для визуализации активности ионных каналов PIEZO2 в механосенсорных нейронах.

Исследование, опубликованное в Нейронпод руководством доктора Кара Маршалл, доцента Медицинского колледжа Бейлора и исследователя Неврологического научно-исследовательского института Яна и Дэна Дункан в Детской больнице Техаса, вместе с доктором Ардемом Патапутяном, лауреатом Нобелевской премии и профессором Научно-исследовательского института Скриппса.

Механоощущение — это способность обнаруживать динамические механические раздражители, такие как давление, растяжение и напряжение сдвига, и оно имеет решающее значение для функционирования многих физиологических процессов. Сенсорные нейроны собирают механические раздражители из окружающей среды и внутренних органов, чтобы передать эту информацию в мозг.

В 2010 году знаменательное исследование, проведенное в лаборатории Патапутяна, привело к открытию PIEZO1 и PIEZO2 как основных компонентов отдельных механически активируемых ионных каналов. Последующие исследования этой и других групп продемонстрировали критическую роль этих каналов в восприятии и реагировании на внешние и внутренние механические стимулы, такие как прикосновение, проприоцепция и ощущение растяжения мочевого пузыря. Широкая экспрессия этих рецепторов в сенсорные нейроны предполагает, что он может играть еще не открытую роль во многих системах органов.

«Нет никаких известных эндогенных химических агонистов PIEZO2, поэтому определение того, где экспрессируется PIEZO2, является важным ключом к тому, что конкретная клетка или ткань могут обнаруживать и реагировать на механические воздействия», — сказал доктор Маршалл, который также является ученым McNair.

«Однако одной из проблем в понимании механоощущения является наша неспособность специфически идентифицировать механосенсорные нейроны. К сожалению, антитела против PIEZO2 или мышей с нокаутом PIEZO2-GFP имеют ограниченную эффективность для локализации PIEZO2 in vivo — техническое препятствие, которое ученые в этой области боролись годами, и это замедлило дальнейший прогресс».

FM 1-43 как специфический маркер экспрессии PIEZO2 in vivo

В своем стремлении найти инструмент для визуализации in vivo механосенсорных нейронов эта исследовательская группа обратилась к флуоресцентному стириловому красителю FM 1-43, который разделяется на липидные мембраны и долгое время использовался для визуализации путей внутриклеточного транспорта в различных тканях как in vitro, так и in vitro. виво.

В дополнение к его хорошо задокументированной роли в клеточном транспорте, FM 1-43, как предполагается, проникает в клетки через отдельный механизм: через сенсорные ионные каналы. Этот краситель приводит к четкой клеточной маркировке через несколько сенсорных ионных каналов in vitro, и было замечено, что он маркирует многие сенсорные нейроны in vivo.

Чтобы проверить, какая часть маркировки FM 1-43 была вызвана специфически экспрессирующими PIEZO2 механосенсорными нейронами у животных, команда создала трансгенных мышей, у которых отсутствовал PIEZO2 в определенных тканях во время развития. К своему полному удивлению, они обнаружили, что у этих животных маркировка FM 1-43 была значительно снижена, что свидетельствует о том, что большая часть маркировки в сенсорной нервной системе зависела от активности PIEZO2, а не была результатом неспецифического сродства ко многим ионным каналам, поскольку считал ранее.

Основываясь на этих и других экспериментах, авторы пришли к выводу, что, хотя FM 1-43 неспецифичен in vitro, он специфически метит PIEZO2-зависимые механосенсорные нейроны in vivo. Механизмы, лежащие в основе этих различий в маркировке FM 1-43, еще предстоит изучить.

FM 1-43 как универсальный маркер in vivo для PIEZO2-опосредованной активности механосенсорных нейронов

Кроме того, исследователи также заметили, что PIEZO2-зависимая маркировка FM 1-43 тесно перекрывается с нейронами, которые имеют высокий уровень активности PIEZO2, демонстрируя его полезность не только в качестве маркера экспрессии PIEZO2 in vivo, но и его активности.

Важно отметить, что исследователи использовали этот инструмент для идентификации ранее неописанного древовидного типа нейронов в уретре. Зависимость красителя от активности позволила им продемонстрировать, что эти нейроны задействуются во время мочеиспускания. Мало что известно о важных сенсорных нейронах в нижние мочевыводящие путитак что это демонстрирует полезность FM 1-43 как инструмента для поиска новых типов механосенсорных клеток и начала определения их функций.

«FM 1-43 прочно пометил каналы PIEZO2 in vivo в культивируемых клетках и у широкого круга видов, включая мышей, летучих мышей и кротов, что подчеркивает простоту и универсальность этого метода», — сказал доктор Патапутян.

«Насколько нам известно, это единственный пример инструмента, позволяющего постоянно локализовать деятельность конкретного ионный канал. В совокупности мы ожидаем, что красители FM 1-43 помогут исследователям подтвердить и лучше определить многие функции ионных каналов PIEZO2 и приведут к новому пониманию физиологических ролей и механизмов, участвующих в механоощущении в различных системах органов».