Forschungsteam beobachtet Gedächtnis- und Erkenntnisprozesse in Echtzeit

Das menschliche Gehirn enthält etwa 86 Milliarden Neuronen und 600 Billionen Synapsen, die Signale zwischen den Neuronen austauschen, um uns bei der Steuerung der verschiedenen Funktionen des Gehirns, einschließlich Kognition, Emotionen und Gedächtnis, zu helfen. Interessanterweise nimmt die Anzahl der Synapsen mit zunehmendem Alter oder infolge von Krankheiten wie Alzheimer ab, weshalb die Synapsenforschung große Aufmerksamkeit erregt. Allerdings gab es Einschränkungen bei der Beobachtung der Dynamik von Synapsenstrukturen in Echtzeit.

Am 9. Januar enthüllte ein gemeinsames Forschungsteam unter der Leitung von Professor Won Do Heo vom KAIST Department of Biological Sciences, Professor Hyung-Bae Kwon von der Johns Hopkins School of Medicine und Professor Sangkyu Lee vom Institute for Basic Science (IBS). Sie hatten die weltweit erste Technik entwickelt, die eine Echtzeitbeobachtung der Bildung, des Aussterbens und der Veränderungen von Synapsen ermöglichte.

Das Team von Professor Heo konjugierte dimerisierungsabhängige fluoreszierende Proteine ​​(ddFP) an Synapsen, um den Prozess zu beobachten, durch den Synapsen in Echtzeit Verbindungen zwischen Neuronen herstellen. Das Team nannte diese Technik SynapShot, indem es die Wörter „Synapse“ und „Snapshot“ kombinierte, und verfolgte und beobachtete erfolgreich die Live-Bildungs- und Auslöschungsprozesse von Synapsen sowie ihre dynamischen Veränderungen.

Im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts entwarfen die Teams unter der Leitung von Professor Heo und Professor Sangkyu Lee am IBS gemeinsam einen SynapShot mit grüner und roter Fluoreszenz und konnten die Synapse, die zwei verschiedene Neuronen verbindet, leicht unterscheiden. Darüber hinaus konnte das Team durch die Kombination einer optogenetischen Technik, die die Funktion eines Moleküls mithilfe von Licht steuern kann, die Veränderungen in den Synapsen beobachten und gleichzeitig bestimmte Funktionen der Neuronen mithilfe von Licht induzieren.

Durch weitere gemeinsame Forschung mit dem Team unter der Leitung von Professor Hyung-Bae Kwon an der Johns Hopkins School of Medicine induzierte das Team von Professor Heo verschiedene Situationen an lebenden Mäusen, darunter visuelles Unterscheidungstraining, Bewegung und Anästhesie, und nutzte SynapShot, um die Veränderungen zu beobachten die Synapsen während jeder Situation in Echtzeit. Die Beobachtungen ergaben, dass sich jede Synapse ziemlich schnell und dynamisch verändern kann. Dies war der erste Fall, bei dem Veränderungen in den Synapsen bei einem lebenden Säugetier beobachtet wurden.

Professor Heo sagte: „Unsere Gruppe hat SynapShot in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Forschungsteams entwickelt und die Möglichkeit für Live-Beobachtungen aus erster Hand der schnellen und dynamischen Veränderungen von Synapsen eröffnet, was bisher schwierig war. Wir gehen davon aus, dass diese Technik dies ermöglicht.“ revolutionieren die Forschungsmethodik im neurologischen Bereich und spielen eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Zukunft der Hirnforschung.“

Diese von den Co-Erstautoren Seungkyu Son (Doktorand), Jinsu Lee (Doktorand) und Dr. Kanghoon Jung von Johns Hopkins durchgeführte Forschung wurde in der Online-Ausgabe von veröffentlicht Naturmethoden am 8. Januar unter dem Titel „Echtzeitvisualisierung der Strukturdynamik von Synapsen in lebenden Zellen in vivo“.