Улучшение памяти вспышкой света

Исследователи из Южной Кореи создали новый гибридный белок OptoSTIM1, который позволяет с высокой точностью контролировать кальциевые (Ca2+) каналы в живых клетках с помощью света. Работу возглавил Вон До Хео из Корейского института передовых технологий (KAIST) и Центра познания и социальности IBS.

Ионы кальция (Ca2+) играют ключевую роль в таких клеточных функциях, как сокращение, возбуждение, рост и дифференцировка. Нарушения регуляции Ca2+ связаны с аритмией, когнитивными расстройствами и атаксией.

Принцип работы OptoSTIM1

Молекула OptoSTIM1 создана методом оптогенетики и представляет собой гибрид:

  • Фоторецепторного белка cryptochrome 2 (Cry2) из растения Arabidopsis thaliana.
  • Животного белка STromal Interaction Molecule 1 (STIM1), который открывает клеточные Ca2+-каналы.

При облучении синим светом Cry2 имеет естественную склонность к кластеризации (объединению в скопления). Это заставляет OptoSTIM1 эффективно открывать кальциевые каналы, вызывая приток ионов Ca2+ в клетку извне. Метод оказался в 5-10 раз эффективнее предыдущих оптогенетических подходов.

Эксперименты и результаты

  1. Клеточный уровень: Эксперименты на клетках человека и эмбрионах рыб-зебр подтвердили, что приток Ca2+ происходит только в клетках, экспрессирующих OptoSTIM1, при облучении синим светом. Также была обнаружена межклеточная передача сигнала — облучение одной клетки в колонии вызывало отсроченный ответ по Ca2+ в соседних, неосвещённых клетках.

  2. Усиление памяти у мышей: Учёные ввели OptoSTIM1 в гиппокамп живых мышей — область мозга, отвечающую за память. В тесте на контекстуальную память страха мыши с активированным (светом) OptoSTIM1 демонстрировали почти вдвое более сильную реакцию страха по сравнению с контрольной группой. Это указывает на эффективное усиление памяти.

Перспективы применения

Исследование открывает путь для:

  • Изучения механизмов памяти и обучения с помощью оптогенетики.
  • Разработки новых методов лечения неврологических заболеваний, связанных с нарушением регуляции Ca2+, таких как болезнь Альцгеймера.
  • Создания неинвазивных и безмедикаментозных терапевтических подходов.