Kolorowe znakowanie poszczególnych komórek nerwowych

Kora mózgowa, czyli zewnętrzna warstwa tkanki nerwowej mózgu ssaków, posiada liczne funkcje, w tym pamięci, uwagi i języka. Podstawowymi jednostkami funkcjonalnymi kory są minikolumny korowe, z których każda zawiera około stu neuronów. Minikolumny rozwijają się z komórek progenitorowych wewnątrz embrionu. Do tej pory trudno było znakować jednocześnie wiele komórek progenitorowych odrębnymi etykietami i śledzić ich komórki potomne w długich okresach czasu.

Realizowany obecnie projekt BRAINBOWAKT (Novel genetic engineering approaches for lineage analysis and exploration of Akt function in cortical development) wykorzystuje rewolucyjną metodę śledzenia poszczególnych neuronów. W procesie Brainbow poszczególne neurony w mózgu można odróżnić od sąsiednich neuronów za pomocą białek fluorescencyjnych.

Naukowcy opracowali nowe techniki inżynierii genetycznej dla znakowania wielu sąsiadujących komórek progenitorowych i ich komórek potomnych in vivo przy użyciu jednoznacznych etykiet. Konstrukty Brainbow wyrażające rozszerzoną paletę markerów trójchromatycznych (białka fluorescencyjne czerwone, żółte i cyjanowe) zaadresowano do konkretnych przedziałów komórkowych. Transgeny te wprowadzono do zarodkowego przodomózgowia myszy z wykorzystaniem elektroosadzania. Udało się oznakować komórki progenitorowe w kilku cyklach podziału komórek i prześledzić ich komórki potomne do etapów dorosłych. Tworzenie myszy transgenicznych z użyciem nowych konstruktów Brainbow umożliwiło oznaczanie neuronowych komórek progenitorowych w etapach i miejscach, gdzie nie można zastosować elektroporacji.

Proces Brainbow udoskonalono w celu modulowania funkcji potencjalnych białek in vivo. Rezultatem końcowym była mozaika genetyczna, w której status ekspresji genetycznej w komórkach był oznaczany kolorami. Podejście to pozwala na śledzenie sąsiadujących komórek w tej samej próbce z różnymi poziomami ekspresji genów. Metoda ta pomoże zrozumieć wpływ kluczowych regulatorów molekularnych na rozwój kory.

Przyjęta wielobarwna, poliklonalna strategia jest obecnie wykorzystywana w badaniu powstawania minikolumn korowych i funkcjonowania białkowej kinazy B (Akt) serynowo-treoninowej, odgrywającej kluczową rolę w wielu procesach komórkowych, w tym metabolizmie, przeżyciu i apoptozie.