05:00 
Отслеживание того, как гены включаются и выключаются в мозге, важно для понимания многих неврологических заболеваний, однако инструменты для мониторинга этой активности часто бывают инвазивными или неспособны уловить более тонкие изменения с течением времени. Одной из новых альтернатив является использование сывороточных маркеров — небольших белков, вырабатываемых целевыми клетками головного мозга, которые могут попадать в кровоток, где их можно измерить с помощью простого анализа крови.
Называемые высвобождаемыми маркерами активности или RMA, эти молекулы могут служить чувствительным инструментом для мониторинга активности мозга, но они также сохраняются в кровотоке в течение многих часов. Такой длительный период полураспада может заглушить промежуточные изменения в интересующем биологическом сигнале.
Биоинженеры Университета Райса разработали способ сделать RMA еще более чувствительными, указывая на другие диагностические сценарии, где их можно использовать. Согласно исследованию, опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences, команда разработала стираемый маркер, который можно разрезать внутри кровотока с помощью фермента, действующего как молекулярные ножницы: как только он расщепляет RMA, предыдущий сигнал исчезает и становится возможным новое чтение.
«Ключевым достижением здесь является новый подход к сывороточным маркерам: мы можем модифицировать их внутри кровотока, когда мы необходимо», — сказал Ежи Шабловский, доцент кафедры биоинженерии в Райс и автор исследования. «Эта широкая концепция имеет множество потенциальных применений, начиная от продления периода полураспада маркера для улучшения его обнаружения или его стирания для удаления фонового сигнала и улучшения временного разрешения. В настоящее время маркеры обычно извлекаются из организма и интерпретируются «как есть», что ограничивает их полезность».
На животной модели одна инъекция расщепляющего фермента удалила около 90% фонового сигнала RMA в течение получаса. Эта перезагрузка позволила наблюдать тонкие изменения в экспрессии генов, которые ранее оставались незамеченными. Исследователи также показали, что могут повторить этот процесс и измерить, насколько быстро маркер появляется снова, предлагая более четкую картину того, как активность генов развивается с течением времени.
Этот подход может в конечном итоге позволить клиницистам выявлять проблемы или измерять любые изменения в реакции пациента на лечение с большей точностью, используя простое, минимально инвазивное тестирование.
«Мы представили модификацию, в которой RMA стали чувствительными к целевой протеазе - ферменту, который может расщеплять их в половина», — сказала Ширин Нурен, аспирантка программы Райс по системной, синтетической и физической биологии, которая является первым автором исследования. «Используя этот фермент, мы отделили домен, который обеспечивает сигнал, от домена, который заставляет его сохраняться в крови в течение длительного времени, заставляя фоновый сигнал распадаться в течение нескольких минут. Мы обнаружили значительное повышение изменений сигнала, когда мы использовали эти маркеры для отслеживания динамики экспрессии генов в мозге».
Этот подход может оказать влияние на области медицины за пределами неврологии: если маркеры можно редактировать внутри тела, их поведение можно настроить для многих диагностических целей, включая, например, использование RMA для обнаружения опухоли или заболевания легких с помощью анализов мочи.
Этот проект является одним из примеров интенсивного внимания Райс к исследованиям мозга и отражает стратегическую приверженность университета ведущим инновациям в области здравоохранения. Оно также соответствует миссии недавно созданного Института мозга риса, который был создан для ускорения развития технологий для понимания и лечения заболеваний головного мозга.
Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения (DP2EB035905) и Национальным научным фондом (1842494). Ответственность за содержание данного пресс-релиза несут исключительно авторы, и он не обязательно отражает официальную точку зрения финансирующих организаций и учреждений.
