Ajánlj témát!

Miről szeretnél olvasni nálunk? Ha nem árulod el, csak találgatunk. Írjatok arról, hogy...

Kik vagyunk mi?

Az Akciós Potenciál egy agykutatással illetve más biológiai témákkal foglalkozó fiatalokból álló baráti, munkatársi közösség. Azért indítottuk a blogot, hogy az általunk űzött tudományágak új eredményeit közérthető módon, érdekesen mutassuk be az érdeklődöknek. Nem törekszünk tudományos igényű részletességre, de nem is elégszünk meg annyival, hogy "brit tudósok kimutatták..."

Utolsó kommentek

Szerzők

RSS feed

Rovatok

Címkék

creative commons

Creative Commons License
Terjeszd, használd, hivatkozd

Egyéb

Brainbow

Több, mint 100 éve már, hogy Ramón y Cajal a Golgi-féle ezüst festés segítségével azonosította az agy szerkezeti elemeit, az idegsejteket, és ezzel gyakorlatilag megalapította az agykutatás tudományát. Az ezüst festés (máig sem tudjuk, miért) képes neuronok nagy tömegéből egy-két idegsejtet kiválasztani, és azokat teljes egészükben megjelölni. A módszer ezen előnye azonban idővel korlátjává is vált, ugyanis nem lehet vele egyidejűleg sok neuront megjelölni és a közöttük fennálló kapcsolatokat, azaz a neuronális hálózatot magát tanulmányozni. Ezt a korlátot törte át most Jeff Lichtmann és kutatócsoportja a Nature-ben nemrég publikált, Brainbow névre keresztelt módszerével. Azon túl, hogy ez a rendkívül ötletes módszer akár éveken belül forradalmasíthatja az agykutatást, már most lélegzetelállítóan gyönyörű képeket köszönhetünk neki.


Kisagyi Purkinje sejtek - Ramón y Cajal

A Critical Biomass-en már olvashattatok egy rövid ismertetőt az eredményről, ezért engedelmetekkel ezúttal kicsit részletesebben tárgyaljuk meg, hogyan jutottunk el Cajal kézzel rajzolt idegsejtjeitől (melyek egyébként a mai napig tankönyvi ábra pontosságúak) ide:


A hippokampusz CA1 régiójának piramis sejtjei - Brainbow

Szép, ugye? Akár egy Camille Pissarro festmény. A különbség csak annyi, hogy Pissarro ecsetjének egyetlen szőrszála eltakarná az egész képet. Lássuk hát, mire van szükségünk egy ilyen impresszionista agyszelethez.

Először is kell egy festék. Kézenfekvő, hogy ehhez a képalkotó eljárások slágerfehérjéjét, a zöld fluoreszcens fehérjét (GFP) válasszuk. Ez egy fluoreszcens medúzából, az Aequorea victoria-ból származó fehérje, melynek génjét más szervezetekbe bejuttatva azok is zöld színben fluoreszkálnak. Ez ma már rutineljárásnak számít a molekuláris biológiában. Olyannyira, hogy mára némi módosítás révén több különböző színű variációját is elkészítették ennek a génnek. Létezik piros (RFP), sárga (YFP), cián (CFP) vagy narancssárga (OFP) változat is. A gond csak az, hogy ezek bármelyikét is juttatjuk be a genomba, kizárólag azt az adott színt fogjuk visszakapni, és bár minden sejtet megfestünk vele, valójában ez visszalépést jelentene az ezüst impregnációhoz képest, hiszen a nagy masszában nem tudnánk elkülöníteni az egyes sejteket.

Ennek a problémának a megoldására a következő trükköt alkalmazták: sejttenyészetbe bejuttatták három (piros, sárga, cián) színű fluoreszcens fehérje génjét. Ezeket a  génszakaszokat egymás után helyezték el, közéjük pedig úgynevezett lox szakaszokat (az ábrán a fekete és csíkos háromszögek) tettek. Amikor a sejt elkezdi legyártani a DNS-ben kódolt fehérjét, a promoter régiótól indulva a következő poliadenilációs (pA) szignálig jut. Alapesetben tehát csak a piros fehérje készül el. Az egymással kompatibilis lox szakaszok azonban a Cre nevű enzim hatására képesek "összeolvadni", ezáltal a sárga vagy cián fehérjét helyezve előre. Mint az alsó ábrán szépen látható, ekkor piros, sárga és cián színű sejtek keverékét kapjuk.

Innen már (majdnem) egyenes út vezetett oda, hogy a színek számát megnövelve, majd a kidolgozott módszert immár sejttenyészet helyett egerekben alkalmazva kirajzolhassák egy-egy agyterület szinte teljes sejttérképét.

 
                                  Kisagyi idegsejtek                          Agykérgi piramissejtek

Azon túl, hogy rendkívül látványos, mitől lesz forradalmi ez a technika? Nem attól, hogy megkülönböztethetjük a sejttesteket, hiszen azok egy teljesen hétköznapi mikroszkóp segítségével is láthatóak, és bár nem mindenhol, de egyes helyeken ilyen egyszerű körülmények között is könnyedén megkülönböztethetőek. A módszer igazi ereje az, hogy az ily módon azonosított sejtek kapcsolatait, azok idegnyúlványait is végig tudjuk követni. Láthatóvá válik, mely más idegsejtek kapcsolódnak hozzájuk és melyekhez kapcsolódnak ők. Magyarul feltérképezhetővé válik az idegsejtek hálózata és pontos kapcsolódási rendszere. Az alábbi nagyobb nagyítású ábrákon például szemcsesejtek és az őket beidegző más sejtek összeölelkezésének lehetünk szemtanúi.

 

Azt hiszem, nem túlzok nagyot, ha azt mondom, hogy az agykutatás területén az utóbbi évek egyik legjelentősebb eredményét tisztelhetjük ebben a publikációban. Sőt, kár is lenne csak az agykutatásra korlátozni a jelentőségét, hiszen - annak ellenére, hogy itt csak idegrendszeri példákat hoztak - valójában semmi nem zárja ki, hogy más sejtekben is használni lehessen az eredményeket. Ha fogadnotok kell az orvosi Nobel-díjra úgy 2015-2020 környékén, jusson majd eszetekbe!

Zárásként még néhány elbűvölő kép:


Kisagyi idegsejtek - nagyítás


Hippokampusz


Mozgató idegek idegvégződései


A hippokampusz 'mossy fibres' idegnyúlványai


A
hippokampusz dentate gyrus régiója

2007.11.16. 06:22 | psychenova | 29 komment

Címkék: genom gfp brainbow imaging

A bejegyzés trackback címe:

http://akciospotencial.blog.hu/api/trackback/id/tr9230620

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

santiago 2007.11.16. 08:38:12

Nagyon szép képek.
Ez az eljárás csak egereknél alkalmazható?

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.16. 09:18:31

Nem, elvileg bármilyen más fajnál is működik. A GFP beültetés tényleg rutinnak számít ma már, szinte minden (ha nem minden) kísérleti állatnál alkalmazzák már. A Brainbow pedig ennél nem sokkal bonyolultabb. Bár nem vagyok szakértője a témának, nem hinném, hogy probléma lenne más állatokra adaptálni a módszert.

Azért a Benetton modellek egy darabig még nem ezzel a módszerrel készülnek majd :)

Ziebi 2007.11.17. 15:46:44

psychenova:)
Szenzációsak ezek a képek:)

Lenne egy kérdésem : az oké hogy beviszik a különböző "színes" fehérjék génjeit, azt is értem kb hogy hogyan keletkeznek a különböző színek.A kérdésem hogy a Cre honnan származik?Eleve megvan a sejtekben, vagy külső segítséggel adják a sejttenyészetekhez?Mennyire specifikus?
Köszi:)

Marie Sklodowska 2007.11.18. 07:50:53

Ziebi,
a Cre egy bakteriofág eredetű fehérje, a rekombinázt kódolja.Ő hajlítja meg a DNSt. Rajta van a plazmidon ,csakúgy mint a loxP helyek, ott kialakul az összekapcsolódási szerkezet, majd ezt követi a szálhasítás majd szálcsere...

Ziebi 2007.11.18. 17:06:08

Marie, köszönöm, így már értem:)

Dr Watson 2007.11.22. 15:42:49

Hú, köszi, ez elkerülte a figyelmemet. Nagyon szép, és a leírás is korrekt hozzá. Sem túl okoskodó, sem túl ömlengő, sem nem szolgaian másolt. Evvel szemben értelmes és pont annyi infot tartalmaz, amennyi kell. Csak így tovább.
W

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.22. 20:03:43

Hűazannya, milyen barátságos kritika. Ennél dícsérőbbet én sem tudnék mondani. Merni meg pláne nem mernék. Csak nehogy azt higyje valaki, hogy két néven kommentelek :)

Amúgy komolyan: kösz szépen a bíztatást. És örülök, hogy tetszett a post. Annak meg különösen, hogy fel tudtam hívni a figyelmet a publikációra. Kár lett volna elmenni mellette. Tényleg úgy gondolom, hogy forradalmi az eredmény, és néhány éven belül olyan karriert fut majd be, mint mondjuk a patch clamp az elmúlt 30 évben.

Dr Watson 2007.11.23. 15:01:10

:-)
Ha sikerülne szépen összekapcsolni funkcionális vizsgálatokkal (egysejtes elektrofiziológia mondjuk), akkor sokak sok nehéz munkája válna egy pillanat alatt feleslegessé... De ez már legyen az ő bajuk. Az meg az orvostanhallgatóké meg biológuspalántáké, hogy hamarosan sejtszinten kell megtanulniuk az idegi kapcsolatokat :-)
W

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.23. 17:29:02

Hát igen, egy neuroanatómia vizsga könnyen rémálommá válhat így :)
A többsejtes elfizt, mint módszert viszont szerintem inkább segíteni fogja ez a technika, mint kiváltani. Elég kecsegtető belegondolni, hogy egy idegi útvonalat mondjuk 8-10 különböző ponton el lehessen csípni és vizsgálni.

santiago 2007.11.23. 21:27:55

Hogyan lehetne ezzel végigkövetni egy idegi útvonalat? Ha jól értem, ez a módszer a sejtek elhelyezkedését és kapcsolatait írja le, de a működésüket nem mutatja. Ha egy sejt 10 másikkal szinaptizál, akkor tőle 5 szinapszis távolságban már 100 ezer sejt van. Ezt így nem lehet végigkövetni, ha nem tudjuk, hogy melyik sejtek aktiválódnak közben.
És gondolom, ez szeletben működik, ahol a 3-dimenziós hálózatokat amúgy sem lehet tanulmányozni.
De lehet, hogy félreértettem a felvetést.

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.24. 15:14:06

santiago,
abban igazad van, hogy ezzel a módszerrel még csak a sejtek kapcsolódási térképét, vagyis az anatómiát lehet meghatározni. Ahhoz, hogy ehhez a Watson által is említett funkcionális működést is hozzá lehessen kapcsolni, ahhoz szükség lesz valamilyen más módszerre. Kézenfekvően elektrofiziológiára, amivel egyes sejtek működését lehet tanulmányozni.
Hogy világos legyen, miért lehet olyan nagy előrelépés ez a módszer az idegi útvonalak vizsgálatában, ahhoz előbb azt kell tudni, miért rendkívül nehéz (vagy lehetetlen) ez ma. Az idegi útvonalak ma is többé-kevésbé ismertek azon a szinten, hogy tudjuk, hogy egy adott agyterület honnan kap beidegzést és mely területeket idegez be ő maga. Azt azonban nem tudjuk, hogy ezen belül egyes konkrét neuronok mely másokkal állnak kapcsolatban. Márpedig részletekbe menően, finoman vizsgálni csak az egyes neuronok működését tudjuk. Hogy érthetőbb legyen a probléma, lássunk egy konkrét példát:
A hippokampuszon belül a jel útja a következő: az entorinális kéreg felől a hippokampusz dentate gyrus régiójába jut az ingerület, majd onnan tovább a CA3 régióba, onnan a CA1-be, majd ismét vissza az entorinális kéregbe. Ha ennek az útvonalnak a funkcionális változásait követni akarjuk, akkor el kell kapni egy sejtet a dentate gyrusban, egy vele kapcsolatban állót a CA3-ban, majd egy azzal kapcsolatban állót a CA1-ben. Esetleg még egyet-egyet előtte és utána az entorinális kéregben és mondjuk néhány más, ezen sejtek működését szintén befolyásoló neuront a hippokampuszban. Ez elvileg ugyan nem lehetetlen, de a gyakorlatban rendkívül alacsony hatékonysággal működik. Ugyanis mivel nem lehet tudni, hogy az első (dentate gyrus-beli) sejt pontosan mely sejtekkel szinaptizál a CA3-ban, nem lehet mást tenni, mint fogni egy sejtet a CA3-ban találomra a pár százból, majd megnézni, hogy az első sejt ingerlése vált-e ki jelet a másodikban. Ha nem, akkor lehet keresni másikat. Ha szerencsés esetben találsz egy ilyen sejtet, akkor jöhet a következő lépés a CA1-ben, szintén csak a vakszerencsében bízva. Ez természetesen rendkívül munka- és időigényes módszer, ráadásul a kapcsolatok számának növelésével exponenciálisan nő a nehézsége. Legjobb tudomásom szerint 4 sejtből álló lánc a maximum, amit eddig vizsgálni tudtak.
Ha azonban egyszerűen végig lehet követni a neuronok közötti kapcsolatokat (mint például az egyik fenti képen a mossy fibereket, amik a dentate gyrusból a CA3-ba mennek), akkor drasztikusan leredukálódik a ráfordítandó munka, mert nem kell többé találomra keresgélni. Természetesen akkor sem lesz lehetséges 5 szinapszis távolságban 100 ezer sejt funkciójának követése, de a hálózat működése, tulajdonságainak vizsgálata szempontjából az is elegendő, ha egy tipikus kapcsolódási sort végig tudunk követni.

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.24. 15:18:34

És igen, itt egyenlőre csak szeletben történő mérésről van szó, de egyrészt a szelet is alkalmas a 3D-s hálózatok vizsgálatára. Természetesen a vastagsága korlátozza a hálózat méretét, ami nem lesz teljes, de sok esetben ez is elegendő. Másrészt pedig elvileg in vivo is lehet majd alkalmazni ugyanezt a módszert, bár ott persze további technikai problémákat kell még megoldani hozzá.

santiago 2007.11.24. 16:23:17

Ha meg tudják állapítani, hogy melyik sejtek állnak kapcsolatban egymással, akkor el tudják kapni azokat a sejteket?
És ha egérben ez működik is, embernél biztos nem alkalmazható. A két agy között azért elég sok különbség van, főleg hálózati szinten, még ha nem is a hippocampusban.

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.24. 18:13:55

Megfogni akkor is meg lehet egy sejtet, ha nem tudjuk, hogy melyik más sejtekkel áll kapcsolatban, ha viszont tudjuk, akkor meg lehet fogni konkrétan azt, amelyik bennünket érdekel, nem kell vaktában keresgélni.
Embernél pedig ez természetesen nem alkalmazható, hiszen az egész egy genetikai módosítással kezdődik, ami embernél nyilván nonszensz. Viszont az egérből vagy más állatokból kapott eredmények segíthetnek megérteni az emberi agy működését is. Még akkor is, ha a különbségek nyilvánvalóak.

santiago 2007.11.24. 20:13:58

Köszönöm a válaszokat. Mindenképpen hozzá kellett szólnom egy cikkhez, ami Santiago Ramón y Cajallal lezdődik :)

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.24. 22:39:50

Á, szóval ezért választottad a santiago nicket? Nem is gondoltam volna.

Dr Watson 2007.11.25. 13:48:48

Psy,
megint tetszik a válasz :-). Bár az angol terminusok helyett kicsinyt szerencsésebbnek tatanám az eredeti latint: girus dentatus...
Szal én sem úgy gondoltam, hogy az ügy "kiváltaná" a többsejtes elektrofiziológiát, hanem éppen úgy, hogy fölöslegessé teszi azokat a fáradságos trükköket és nehezen megszerzett elektrofiziológiai "skill"-t, amit néhányan hosszú évek nehéz munkájával gyakoroltak össze maguknak, és pár Nature ill Nat Neurosci cikket össze bírnak hozni pusztán erre alapozva. Mostantól meglesz a háló, látványosan, és csak meg köll szúrni. Így gondoltam.

santiago
A gondolat jó, de a helyzet úgy áll, ahogy psy írja, hogy evvel a módszerrel nem az _összes_ olyan sejt működését igyekeznek látni, amivel az adott sejtünk kapcsolatban van, hanem ezek közül csupán néhányat, hogy megadható legyen a kapcsolat minősége, és annak bizonyos körülmények közötti megváltozása. Ez idáig marha macerás volt (rosszabb, mint tűkeresés a szénakazalban. az gyermekjáték). A nagyobb léptékre egyelőre más módszerk vannak (ld: képalkotó eljárások)
W

Dr Watson 2007.11.25. 13:55:40

santiago
A kutatási eredmények humán alkalmazhatósága mindig központi kérdése az alapkutatásoknak. Az állatmodellek hasznosnak tűnnek, mert végülis (nem szoktuk kétségbe vonni, hogy) az ember is csak egy állat, még jobb közelítést adnak az emlősök, s legjobbat a főemlősök. Az ismereteink mai szintjén még rengeteget tanulhatunk ezeknek az állatoknak a kutatásából, míg eljutunk arra a szintre, ahol az a kis különbség (alapvető architekturális értelemben) számítani fog, ami mondjuk a makákó és az ember között fennáll. Persze mondjuk ha a nyelvvel kapcsolatos agyterületeket akarnánk vizsgálni, akkor csak nagyon korlátozottan fordulhatnánk az egerekhez vagy a majmokhoz.
W

santiago 2007.11.25. 16:41:37

Nem hiszem, hogy a makákó és ember között nagy különbségek lennének, de egér és ember között annál inkább (agytérfogat, neuron/glia arány).
Még egy kérdés: meg tudják határozni, hogy milyen sejtek világítsanak? Pl. csak neuronok. Esetleg azon belül is lehet osztályozni? És akkor az összes ilyen típusú sejt világítani fog?

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.25. 23:17:21

A cikkben voltak olyan ábrák is, ahol glia volt megjelölve. Most nincs nálam sajnos a cikk, és nem emlékszem, hogy szándékosan csak a gliát jelölték meg vagy ez csak melléktermék volt. Mindenesetre valószínű, hogy lehet specifikusan megjelölni bizonyos sejteket, ha a GFP, YFP, stb. génszakaszokat egy sejtspecifikus fehérjét kódoló génhez kapcsolják, hogy csak azzal együtt fejeződhessen ki.

Dr Watson 2007.11.26. 09:46:33

"The expression in some lines also allowed us to map glial territories and follow glial cells and neurons over time in vivo."

wow

Dr Watson 2007.11.26. 10:12:16

Igen.
Nagyvonalúan áttekintettem a cikket, és limitált kapacitásommal úgy látom, hogy _elvileg_ lehetséges lesz specifikus sejtvonalakat így megfesteni (mindjárt az idézet), egyelőre azonban egy olyan locushoz kötve építették be a kb 100 (89-166) színt generálni tudó fehérjéiket (XFP-k), amely sokféle neuronban (és, mint kiderült gliában is) vezérel expressziót (Thy-1 gén szabályozó szakaszai). Így valóban vannak festett glia-vonalaik, melyeket, mint fent jelzem, ráadásul időben is tudtak követni. És akkor az idézet a diszkusszióból, ami a lehetőségeket jelzi:
W

Dr Watson 2007.11.26. 10:16:01

Ehh, nem tudom elküldeni. Fennakad a spamszűrőn. Mindenesetre a diszkusszió utsó mondata.
W

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2007.11.26. 10:26:24

Nem tudom, mi lehet a probléma, de megpróbálom akkor én is bemásolni az utolsó bekezdést:
Brainbow's ability to switch on multiple genes may also prove useful for other purposes. The Brainbow cassettes could be adapted to any cell type and to any organism in which site-specific recombinases act. We anticipate that Brainbow could be used in lineage analysis to mark neighbouring clones with distinct colours. Brainbow will also be useful to visualize individual cells and their interactions, as demonstrated here for both neurons and glial cells. Finally, this approach raises tantalizing possibilities for modulating gene expression and comparing the effects of several distinct genetic changes (or their combination) simultaneously introduced into a population of cells.

Skandar 2007.11.28. 13:51:37

"Nem hiszem, hogy a makákó és ember között nagy különbségek lennének, de egér és ember között annál inkább (agytérfogat, neuron/glia arány)."

Egy ilyen állítás türhetetlen egy bölcsész számára,ezt kommentelnem kellett!:-D

Egy makákó soha nem fogja létét és történetiségét megérteni,vagy legalábbis megközeliteni a megértést.(agyamra ment Heidegger bocs):-D

santiago 2007.11.28. 20:19:15

Bocsánat, finomítok :)
A makákó és ember agya felépítésében, hálózatrendszerében és ezért valószínűleg működésében jobban hasonlít egymásra, mint az egér és ember agya.

Amúgy nem vagyok biztos benne, hogy a makákó nem érti a létét. De ehhez nem nagyon értek.

Ariel 2007.11.30. 16:52:41

A kérdést én úgy tenném fel, hogy érti vagy nem a létét a makákó, a gorilla és az ember?

Dr Watson 2007.12.01. 09:46:01

Kedves Skandar!

Honnan vagy benne olyan biztos, hogy szegény makákó nem érti "létét és történetiségét"? Ha már Heideggernél tartunk, lehet, hogy magam is közelebb állok egy makákóhoz, mint egy egzisztencialista irányultságú filoszhoz. Tréfát félretéve, fogalmunk sincs arról, mekkora különbség szükségeltetik ahhoz, hogy az "aufhebung" gyökeret verhessen az idegrendszerben, az viszont tény, hogy ezeken az epifenoménszerű dolgokon (nyelv (a lét háza...), "tudat") kívül nem sok "lényegi" különbséget sikerült találni a főemlősagyak között (a méreten kívül, mondjuk). Van néhány sejtfajta, ami a cingulumban specifikusnak tűnik, lehet, hogy ezek hordozzák a létmegértést meg az időbe vetettség érzetét. A limbikus rendszer még sok meglepetést tartogat.
Amúgy az is lehet, hogy nem az egyéni agyakban kell keresnünk a különbségeket, hanem azek összekapcsolásának lehetőségében és módjában (szociális konstruktivizmus). Akkor nem kell az egyedi agyaknak nagyon különbözniük...
Üdv
W

Dr Watson 2007.12.09. 16:05:42

Na, ez meghalt? :-/
W