Ацетилхолин есть? А если найду?

Исследователи придумали новый способ визуализации ацетилхолина – главного нейромедиатора, передающего сигнал от нервов к мышцам. Этому посвящена статья из журнала Nature Biotechnology.

Микрофотографии нейронов, экспрессирующих два вида ацетилхолиновых сенсоров, в контроле и при добавлении ацетилхолина. Credit: Li, Y et al.

Ацетилхолин – важнейший нейромедиатор парасимпатической системы, кроме того, он опосредует передачу электрического сигнала от нервов к мышцам. Однако, детали холинергической передачи (то есть передачи сигнала, осуществляемой ацетилхолином) в тканях до сих пор практически не изучены. Дело в том, что наблюдать за ацетилхолином очень сложно ввиду отсутствия каких-либо сенсоров, которые могут подавать сигнал о его присутствии.

Совсем недавно группа китайских учёных сообщила на страницах престижного журнала Nature Biotechnology о создании флуоресцентных белков-сенсоров ацетилхолина на основе рецепторов, связанных с G-белками. Особенности их кинетики, а также чувствительность, специфичность и стабильность позволяют использовать их в наблюдениях за молекулами ацетилхолина как in vitro, так и in vivo.

Учёным удалось экспрессировать эти белки в клетках самых разных типов, в том числе и в нейронах. При связывании с ацетилхолином рецепторы начинают флуоресцировать, и за испускаемым ими флуоресцентным сигналом можно следить при помощи эпифлуоресцентной, конфокальной или двуфотонной микроскопии.

Новые флуоресцентные сенсоры ацетилхолина уже даже протестировали «в боевых условиях». Исследователи смогли с их помощью ответить на некоторые доселе неразрешенные вопросы касательно холинергической передачи. Например, знали, что разные холинергические рецепторы обладают разными паттернами или «рисунками» проведения потенциала действия, однако чем обусловлен тот или иной паттерн, было неясно.

С помощью новых сенсоров авторы показали, что частота «пульсации» нейронов напрямую связана с силой сигнала, который с помощью ацетилхолина передается на постсинаптический нейрон. Но на какие нейроны действует ацетилхолин: только на тот, что находится по другую сторону синаптической щели, или же ацетилхолин действует более глобально, воздействуя на многие нейроны?

Новые сенсоры позволили установить, что в действительности имеет место первый вариант, то есть действие ацетилхолина пространственно ограничено. Так что мы можем ожидать новых прорывов в области молекулярных деталей холинергической передачи, сделанных при помощи флуоресцентных сенсоров ацетилхолина.

Текст: Елизавета Минина

A genetically encoded fluorescent acetylcholine indicator for in vitro and in vivo studies by Jing, M., Zhang, P., Wang, G., Feng, J., Mesik, L., Zeng, J., … Li, Y. (2018) in Nature Biotechnology.

doi:10.1038/nbt.4184