Оптическая инактивация синаптических рецепторов АМРА стирает память страха

Разработчики

Киваму Такемото, Хироко Иванари, Такехару Нагаи, Такао Хамакубо, Такуйя Такахаши и др.

Описание технологии

Доставка в синапс таких рецепторов, как GluA1 AMPA (глютаматные ионофорные рецепторы AMPA-типа, где AMPA − альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол пропионовая кислота), опосредует важные процессы когнитивной функции, в том числе приобретение и сохранение памяти. Понимание роли этих рецепторов было затруднено из-за отсутствия способа их инактивации in vivo с высокой пространственно-временной точностью.

Авторы технологии разработали методику хромофорной световой инактивации синаптических рецепторов GluA1 АМРА in vivo. Они индуцировали моноклональное антитело, специфичное к внеклеточному домену GluA1, которое вызвало эффективную хромофорную световую инактивацию рецепторов при конъюгации с фотосенсибилизатором (эозином). Мышей, которым в CA1-область гиппокампа был инъецирован конъюгат антитела, подвергали задачам на развитие памяти страха. Освещение гиппокампа зеленым светом с помощью имплантированной канюли стирало приобретенную память страха у животных путем инактивации синаптического рцептора GluA1.

GluA1 гомомерные рецепторы принимают участие в долговременной потенциации. Она представляет собой механизм для зависимого от активности усиления синапсов, что, как полагают, способствуют обучению. GluA1 гомомерные рецепторы доставляются в синапсы на ранней стадии долговременной потенциации и эта доставка необходима для поддержания долговременной потенциации, предположительно, за счет потока Са2+ через GluA1 гомомерные рецепторы. Также Са2+ имеет решающее значение для синтеза белков. В этом исследовании инактивация GluA1 гомомерных рецепторов с помощью in vivo хромофорной световой инактивации происходила 1 ч спустя после выработки условного рефлекса, что приводило к стиранию контекстной памяти страха. Кроме того, такая инактивация могла нарушить приток Ca2+ на ранней стадии кодирования памяти, что вызывало дальнейшее стирание памяти страха.

Этот метод дает ценный инструмент для будущих исследований и манипулирования сложными процессами поведения, такими как память, обучение и т. д., которые служат основой сложных и долгосрочных преобразований в живом организме, таких, например, как болезни старения, сопровождающиеся изменением памяти.

Практическое применение

Оптический метод инактивации синаптических белков позволит выяснить их физиологическую роль в познании. Применяемый подход дает полезный инструмент для выяснения роли не только рецепторов GluA1 АМРА, но и других синаптических белков в когнитивной функции в различных областях мозга, а также в отдельных дендритных шипиках.

Технология может быть применима для изучения и моделирования изменений памяти в физиологических состояниях и при болезнях, а также в процессе преобразований организма с течением времени, например, при развитии болезней старения, сопровождающихся изменением процессов памяти.

Лаборатории

• Yokohama City University Graduate School of Medicine, Department of Physiology, Yokohama (Japan)
• Precursory Research for Embryonic Science and Technology, Japan Science and Technology Agency, Kawaguchi, Saitama (Japan)
• The University of Tokyo, Department of Quantitative Biology and Medicine, Research Center for Advanced Science and Technology (RCAST), Meguro-ku, Tokyo (Japan)
• Osaka University, The Institute of Scientific and Industrial Research, Ibaraki, Osaka (Japan)

Ссылки

Публикации

• Takemoto, K. et al. «Optical inactivation of synaptic AMPA receptors erases fear memory." 35 Nature Biotechnology, (2017): 38–47.
• Takemoto, K. et al. «SuperNova, a monomeric photosensitizing fluorescent protein for chromophore-assisted light inactivation." 3 Sci. Rep. (2013): 2629.
• Takahashi, N. et al. «Locally synchronized synaptic inputs." 335 Science, (2012): 353–356.