«Брэйнбоу» — это метод нейровизуализации, в основе которого лежит использование флуоресцентных белков. Будучи внедрённым в геном животного, зелёный флуоресцентный белок и его генетически модифицированные варианты окрашивают нервные клетки в разные цвета (в общей сложности до 100 разных оттенков), что позволяет значительно более точно локализовать архитектуру нейронных связей отдельных клеток. Данный метод позволяет картографировать одновременно до 100 нервных клеток.
Название — сочетание английских слов brain (мозг) и rainbow (радуга).
Создание метода Методика «Брэйнбоу» была разработана командой учёных Медицинской школы Гарварда под руководством Джеффа В. Лихтмана (Jeff W. Lichtman) и Джошуа Р. Сейнса (Joshua R. Sanes) весной 2007 года. Целью исследователей было улучшение традиционных методов нейровизуализации (например, таких как окрашивание по методу Гольджи), поскольку предыдущие техники имели серьёзные ограничения, в первую очередь связанные с небольшим количеством цветов, доступных для окрашивания индивидуальных нейронов.
Первые исследования с использованием техники «Брэйнбоу» были опубликованы в журнале Nature в ноябре 2007 годаLivet, J.; Weissman, T. A.; Kang, H.; Draft, R. W.; Lu, J.; Bennis, R. A.; Sanes, J. R.; Lichtman, J. W. (2007). «Transgenic strategies for combinatorial expression of fluorescent proteins in the nervous system». Nature (journal) 450 (7166): 56-62. doi:10.1038/nature06293. PMID 17972876. В статье описывались техники экспрессии флуоресцентных белков в генетически модифицированных животных под названием «Брэйнбоу-1» и «Брэйнбоу-2». Техника «Брэйнбоу-3» была представлена в 2013 годуCai, D.; Cohen, K. B.; Luo, T.; Lichtman, J. W.; Sanes, J. R. (2013). «Improved tools for the Brainbow toolbox». Nature Methods 10 (6): 540. doi:10.1038/nmeth.2450.
Механизм Методики «Брэйнбоу» основаны на cre-lox рекомбиназной системе, состоящей из фермента cre-рекомбиназа и особых коротких последовательностей ДНК, которые называются LoxP-сайты. Имеется канонический и несколько мутантных вариантов этих последовательностей. Cre-рекомбиназа взаимодействует только с идентичными LoxP-сайтами и осуществляет вырезки или инверсии ДНК между ними. Оригинальный метод «Брэйнбоу» включает в себя «Брэйнбоу-1» и «Брэйнбоу-2», использующие разные формы cre/lox рекомбинации. «Брэйнбоу-3» является модифицированной версией «Брэйнбоу-1». Для всех методик экспрессия любого из генов флюоресцентных белков разных цветов (XFPs) является случайной. Общий алгоритм «Брэйнбоу» таков: сначала изготавливают ДНК-конструкты, состоящие из промотора, нескольких генов XFPs (обычно 4-х: RFP-красный, YFP-жёлтый, CFP- голубой, OFP-оранжевый), разделённых разными вариантами loxP (в случае 4-х XFPs используют 3 loxP) и вводят их в геном одной линии трансгенных организмов. В геном другой линии вводят ген Cre-рекомбиназы. Затем линии скрещивают. Потомки экспрессируют рекомбиназу, которая, соединившись со случайной парой одинаковых loxP-сайтов, вырезает участок ДНК между ними. В базовом конструкте имеется 3 пары loxP, что даёт 3 равновероятных возможности вырезки плюс вероятный случай того, что рекомбиназа не провзаимодействует. Вследствие этого оказавшийся непосредственно после промотора один из четырёх генов XFP экспрессирует свой флуоресцентный белок. Т.к в один трансгенный организм вводят несколько XFP/loxP-конструктов различных вариаций, случайное сочетание разноцветных флюоресцентных белков окрашивает нейрон в один из примерно 100 оттенков. Для того, чтобы визуализировать разнообразие паттернов экспрессии генов XFP, срезы мозга изучают с помощью конфокальной микроскопии.
Применение Технология «Брэйнбоу» позволяет проводить исследование нейронных сетей в живых организмах и анализировать их роль в обеспечении функционирования нервной системы, являясь, таким образом, важным инструментом коннектомики. Предполагается, что дальнейшее развитие метода позволит использовать его в исследованиях неврологических и психических расстройств путём сравнения карт мозга при наличии патологии и соответствующих им участков здорового мозгаLichtman, Jeff; Jean Livet; Joshua Sanes (June 2008). «A technicolour approach to the connectome». Nature Reviews Neuroscience 9 (6): 417—422. doi:10.1038/nrn2391. PMC 2577038. PMID 18446160.
Примечания
Категория:Флуоресцентные белки Категория:Нервная система