Одна из молекул, которые изучает Yasuda Lab, является calcium/calmodulin-dependent киназой белка II (CaMKII), который, как известно, играет существенную роль в изучении и памяти, особенно в обслуживании структурных изменений в синапсах. Исследования за прошлые несколько десятилетий показали противоречивые результаты о том, сколько времени этот белок должен быть активным для успешного LTP. В то время как некоторые нейробиологи, изучающие эту молекулу, полагали, что это будет активно в течение приблизительно часа после того, как изучение, недавнее исследование от Yasuda Lab бросило вызов той вере.
При помощи продвинутых биодатчиков, чтобы измерить деятельность CaMKII в древовидных позвоночниках, они продемонстрировали, что активация CaMKII сохраняется в течение приблизительно 1 минуты. Хотя подходы отображения очень полезны, чтобы изучить кинетику CaMKII в единственных древовидных позвоночниках, их заявления ограничены только несколькими древовидными позвоночниками, которые подвергнуты отображению, в то время как тысячи других позвоночников существуют в каждом нейроне.Основываясь на понятии оптогенетики, техника раньше изучала нейроны, управляя их деятельностью, используя свет, доктор Мюнг Шин, постдокторский исследователь в Yasuda Lab, сотрудничал с доктором Хидеджи Мурэкоши, бывшим постдокторским исследователем в Yasuda Lab и теперь адъюнкт-профессором в Национальном Институте Физиологических Наук, чтобы развивать новый фотоиндуцибельный ингибитор CaMKII или photoactivatable autocamtide запрещающий пептид 2 (paAIP2).
При помощи этого ингибитора они могут теперь точно измерить временное окно деятельности CAMKII, требуемой для синаптической пластичности.Команда Yasuda продемонстрировала, что запрещение CaMKII во время стимуляции в течение приблизительно 1 минуты тормозит рост позвоночника и укрепление синапса во время LTP.
Однако, запрещая CaMKII с 1 минутой задержки, нейрон показал нормальный LTP, подтвердив предыдущие результаты, что активация CaMKII длится в течение 1 минуты. Команда также проверила деятельность CaMKII, необходимую на приобретение знаний животным и память. Чтобы сделать так, они разместили мышь в яркую комнату, связанную с темной комнатой через отверстие в стене, и затем обучили мышь избегать темной комнаты, управляя маленьким поражением электрическим током каждый раз, когда это вошло в темную комнату. Они нашли, что запрещение деятельности CaMKII в миндалине во время обучения запретило это изучение страха.
Однако запрещая CaMKII после того, как обучение не затрагивало изучение. Таким образом это исследование продемонстрировало, что CaMKII необходим только в течение короткого периода времени для приобретения знаний животным и LTP.Таким образом, они применили этот инструмент в нескольких формах синаптической пластичности и одной форме изучения и продемонстрировали его полноценность для рассечения временного окна активации CaMKII, необходимой для этих CaMKII-зависимых явлений. Это исследование было опубликовано в журнале Neuron in March 2017.
«У этого нового инструмента есть много возможного применения в исследовании», сказал доктор Шин, поскольку она объяснила, что ожидает, что другие лаборатории будут в состоянии использовать этот ингибитор для широкого спектра исследований. paAIP2 очень конкретен и в состоянии дать исследователю, второму минуте временная резолюция. Плюс, это обратимо.
Выключите легкую стимуляцию, ингибитор выключен в течение минуты, и клетки обычно возвращаются к функционированию. «Одно из наших потенциальных будущих направлений должно объединить этот ингибитор с сигнальными биодатчиками», объяснил доктор Ясуда. «Объединяя эти подходы, нам необходимо определить временные требования активации CaMKII для различных нисходящих сигнальных молекул».