Флуоресцентный сенсор визуализировал изменения концентрации окситоцина в мозге

Окситоцин — это нейропептид, который синтезируется в гипоталамусе и транспортируется в гипофиз, где секретируется в кровь и далее оказывает на организм множество различных физиологических воздействий. Ученые активно исследуют его влияние на старение, пищевое поведение, размножение (включая роды и лактацию), а также сложные эмоциональные реакции, включая агрессию, ощущение благополучия, любви, привязанности и т.д. Нарушения опосредованной окситоцином регуляции мозга связывают с развитием расстройств аутистического спектра и шизофрении.

Однако отслеживать динамику внеклеточного окситоцин в живом мозге затруднительно. Поэтому исследователи из Японии разработали новую технику его визуализации in vivo.

«Используя в качестве основы окситоциновый рецептор оризии японской (Oryzias latipes) мы создали высокоспецифичный и очень чувствительный сенсор этого пептида на основе зеленого флуоресцентного белка, он получил название MTRIA_OT», — рассказал первый автор публикации Даисукэ Ино из Осакского университета.

Для получения этой рекомбинантной молекулы авторы использовали рецептор, у которого часть третьей внутриклеточной петли (IL3) была заменена на последовательность флуоресцентного белка (GFP). Ранее подобные сенсоры уже использовали для изучения различных нейромедиаторов и нейромодуляторов — дофамина, ацетилхолина, аденозина и т.д. Примечательно, что для получения нового сенсора MTRIA_OT была использована пермутированная кольцевая форма GFP. Выбор именно рецептора рыбы связан с тем, что он наиболее избирательно встраивается в плазмалемму клеток.

После того, как эффективность сенсора была подтверждена на клеточных культурах, его применили для оценки динамики мозгового окситоцина in vivo на мышах. Используя аденоассоциированные вирусы (AAV) в качестве вектора, авторы добились устойчивой экспрессии MTRIA_OT в переднем обонятельном ядре грызуна. Связывание находящегося в межклеточной среде окситоцина с MTRIA_OT вызывает усиление флуоресценции и позволяет отслеживать изменения его концентрации и локализации в реальном времени. Флуоресцентный сигнал фиксировали с помощью волоконной фотометрии, метода нейровизуализации на основе оптического волокна, которое проводит возбуждающие световые импульсы к группе генетически меченных нейронов.

В итоге сенсор позволил отслеживать изменения внеклеточных концентраций гормона в мозге животных в режиме реального времени. Авторы выяснили, как на динамику окситоцина влияют различные изменения состояния мыши (социальные взаимодействия, прием пищи, анестезия и даже старение) и искусственно вызванные реакции (физические и химические факторы).

Значение визуализации динамики этого гормона не ограничивается исследовательским интересом. По-прежнему неясно, попадает ли в мозг окситоцин, введенный извне (в том числе интраназально) и имеет ли такой гормон терапевтическую ценность. Новый метод может быть использован, чтобы это выяснить.