Idegsejtek szivárványszínekben: az agy belseje, ahogy még nem láttuk

A Harvard University és az MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatói olyan genetikailag módosított egereket hoztak létre, melyek sejtjei szó szerint a szivárvány minden színében pompáznak. Az angol brain (agy) és rainbow (szivárvány) szavak összevonásával a technika a "Brainbow" nevet kapta. Segítségével pontosabb képet rajzolhatunk arról, milyen hálózatot alkotnak az idegsejtek az agyban. Cikkünkben bemutatjuk az amerikai kutatók által az [origo]-nak eljuttatott - szinte festményszerű - mikroszkópos felvételeket.

Jeff Lichtman és munkatársai medúzáktól, koralloktól és baktériumoktól "kölcsönzött" géneket építettek be egerek genetikai állományába. Munkájuk során elsősorban az agy sejtjeire összpontosítottak, mivel ez az a szerv, melyben a sejtek megfelelő kapcsolódása a legnagyobb jelentőséggel bír, és emiatt fontos, hogy a szomszédos sejteket könnyen meg lehessen különböztetni egymástól.

Ha a bejuttatott gének fehérjetermékét bizonyos hullámhosszú fénnyel gerjesztették, a fehérjék különböző - kék, sárga, piros - fénnyel világítottak. A kutatók nem egy, hanem három ilyen gént juttattak minden egyes egérsejtbe, mégpedig egy rafinált genetikai trükk révén. Ezáltal többé-kevésbé a véletlen dönti el, hogy az egyes "festékgének" (kék, sárga és piros) közül melyik és hány példányban kapcsol be, vagyis mennyire intenzíven fejeződik ki az egyes sejtekben.

Így valóban a szivárvány színeit sikerült "kikeverni", amelyek speciális mikroszkóp segítségével láthatóvá tehetők. "Ugyanúgy, ahogyan a televízió kikeveri a színeket kékből, zöldből és pirosból, az idegsejtekben jelenlevő három vagy több festék is számtalan árnyalatot képes létrehozni" - mondta Lichtman, a kutatás vezetője. Az elv valóban hasonlatos ahhoz, ahogyan a televízió működik, csak a sejtekben nem kék, zöld és piros, hanem kékeszöld, sárga és piros festékek keverednek. A piros színért felelős gén korallból, míg a másik kettő medúzából származik.

Agykérgi idegsejtek. Az agykéregre az idegsejtek rétegekbe szervezett elhelyezkedése jellemző. A képen jól látszanak a felső rétegek kisebb, egymással kapcsolatot létesítő sejtjei, illetve egy sejtszegényebb réteg alatt szépen kirajzolódik a nagyobb méretű úgynevezett piramissejtek rétege - Jeff Lichtman (Harvard University) szívességéből

Molekuláris genetikai módszerek felhasználásával a kutatók kis DNS-csomagokban helyezték el a három gént, majd ezeket a konstrukciókat juttatták be fejlődő egerek sejtjeibe. A publikáció első szerzője, Jean Livet "molekuláris félkarú rablóknak" nevezte a genetikai csomagokat. Ahogy az ismert szerencsejátékban különböző kombinációk alakulhatnak ki a három véletlen ábrából, itt is valami hasonló történik. "Minden sejt félkarú rablót játszik, így alakítva ki a saját színét" - írta Livet. Ahhoz azonban, hogy a festékanyagokat kódoló gének aktiválódjanak, szükség van még egy, Cre jewlzésű, baktériumból származó gén jelenlétére is. "Ha a festékgének a félkarú rablók, akkor a Cre maga a kar, mely a gépet beindítja" - magyarázta a kutató.

A fluoreszcensen világító fehérjék véletlen arányainak köszönhetően csaknem kilencven különböző szín alakult ki az idegsejtekben. Mintha egy modern festő ecsete nyomán születtek volna e különleges képek. Az amerikai kutatók kérésünkre eljuttatták szerkesztőségünknek az első, leglátványosabb felvételeket.

Persze a sejtek csak speciális, fluoreszcens mikroszkóp alatt vizsgálva világítanak, így maguk a Brainbow-egerek kívülről olyanok, akár hétköznapi társaik. A technikának vannak azért hátrányai is a hagyományos idegsejt-jelölési eljárásokhoz képest. "Ez nem olyan, mint az ún. hagyományos Golgi-festés, amelyhez elég egy hétköznapi mikroszkóp is" - mondta Livet. Egy erre a célra megfelelő fluoreszcens mikroszkóp ára pedig akár több tízmillió forintnak megfelelő összeg is lehet. A másik nehézség, hogy a módszer csak genetikailag módosított élőlényeken működik, így emberi vizsgálatokra nem alkalmas.

Cserébe viszont az idegtudósok minden eddiginél összetettebb képet kaphattak az idegsejtek egymáshoz képest elfoglalt helyzetéről. A módszer ugyanis lehetővé teszi, hogy ne csak egyetlen sejt pozícióját vizsgálják a hálózatban, hanem megjelenítsék magát a teljes idegsejthálózatot. Sokkal tisztább képet lehet így kapni az egyes idegsejtek egymással kialakított kapcsolatairól - így egész sejtpopulációkat lehet egyidejűleg tanulmányozni. A kutatóknak az egerek idegrendszerének első vizsgálatakor máris sikerült megfigyelniük néhány érdekes, korábban ismeretlen mintázatot, amelyek kialakulása még magyarázatra vár.

Agytörzsi idegnyúlványok és kapcsolatok. Az agytörzs hallásért felelős területén fotózták az idegsejteknek ezt a bonyolult szövedékét. Nagyon vaskos nyúlványok jellemzik az itt található idegsejteket, mivel a rendszer megköveteli a hallásból származó információk gyors továbbítását - Jeff Lichtman (Harvard University) szívességéből

Agykérgi gliasejtek. A gliasejtek - mint a képen látható ún. asztrogliák - táplálják az idegsejteket és segítik a működésüket. Ha sérülés éri az agyat, az asztrogliasejtek a helyreállító munkálatok főszereplői - Jeff Lichtman (Harvard University) szívességéből

A hippocampus gyrus dentatus nevű része - Jeff Lichtman (Harvard University) szívességéből

Szépen elkülöníthetők az ideg- és gliasejtek ezen a hippocampus nevű agyterületen készített képen - Jeff Lichtman (Harvard University) szívességéből