Селекция на уровне сетчатки

Взгляд человека работает по «сетевому» принципу: уже на уровне сетчатки происходит селекция визуальных сигналов. Фото Андрея Ваганова

Известно, что Луи Пастер спас мальчику, укушенному бешеной собакой, жизнь, введя ему сыворотку, то есть раствор антител против вируса бешенства. Уникальная особенность этого вируса – способность проникать в нервные клетки и распространяться затем по сетям их отростков – аксонов и дендритов, – «перескакивая» с одного на другой через синапсы. Последние представляют собой точки соединения нейронов, посредством которых передаются электрические сигналы между ними.

Ученые уже давно выяснили, что генерации нервного импульса предшествует повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция, для чего в клетках имеются особые протеины-сенсоры. К генам этих сенсоров можно «подцеплять» гены светящихся белков, например зеленого флюоресцирующего протеина (GFP). В результате подобной ген-модификации появляется возможность увидеть не только нервные клетки, но и нейронные сети.

Этот новейший метод исследования нервной системы занял почетное место в ряду других, таких как оптогенетика и классические микроэлектроды. Оптогенетика позволяет управлять активностью нервных клеток, включая и выключая ее с помощью лазерных импульсов. Микроэлектроды же довольно травматичны, в результате чего нервные клетки, оказавшиеся по соседству с их кончиком, погибают через два-три часа. Но еще не так давно в распоряжении ученых, кроме этих микроэлектродов, ничего и не было.

Классическим объектом нейробиологов является сетчатка глаза, в состав которой входят клетки более 50 типов. В «доисторические» времена ученые с помощью электродов обнаружили в ней клетки, которые реагируют на горизонтальное или вертикальное расположение темной черты на светлом фоне. Другие клетки сетчатки реагировали на расположение этой самой черты под разными углами. Сотрудники университетов Мюнхена и Базеля, Национального института в японском городе Оказаки и Массачусетского технологического института использовали данный подход, но на новом техническом уровне.

С помощью ген-модифицированного вируса бешенства и кальциевых сенсоров они выявили всю функциональную сеть, формируемую клетками селекции направлений. С помощью белковых сенсоров оказалось возможным увидеть не только нервные клетки, но и их отдельные части, о чем говорилось выше.

При раздражении клеток сетчатки в белках, пронизывающих ее мембрану-оболочку, открывается канал, по которому ионы кальция устремляются в клетку. С помощью его протеиновых сенсоров и светящихся белков был прослежен весь путь распространения сигнала между клетками разных слоев сетчатки. В очередной раз ученые доказали, что уже на уровне сетчатки происходит селекция визуальных сигналов. Она осуществляется ганглионарными и биполярными клетками.

Сюрпризом, однако, оказалось то, что информация в сетях распространяется по многим параллельным путям. Сами авторы написали в статье, опубликованной в журнале Neuron, об этом следующее: «Мы зарегистрировали согласованную активность элементов нейрональной сети».

В Гарвардском университете светящиеся белки решили использовать для контроля биологической активности клеток. В качестве объекта исследования была выбрана все та же сетчатка мыши, и метод вполне применим для оптогенетического «пробинга» – probing – нейронных сетей. В переводе на русский язык это означает, что появилась возможность включать и выключать считывание тех или иных генов с помощью лазерных импульсов.

Так вроде бы поначалу конкурирующие между собой методы вдруг оказываются дополняющими друг друга, открывая тем самым новые исследовательские перспективы.