В последнее десятилетие внимание нейробиологов привлекает не изучение единичных нервных клеток, а исследования особенностей функционирования нейронных сетей. Именно на данном уровне выполняются ключевые функции мозга — обработка, хранение и передача информации. Однако изучение нейронных сетей имеет свои методические сложности. Традиционные методы, например, методы изучения электрической и метаболической активности единичных нейронов не дают представления о структуре (архитектонике) сети и ее функциональных особенностях. Широко распространенные методы, такие как иммуноферментный анализ (ИФА), полимеразная цепная реакция (ПЦР) или классические биохимические методы не применимы для изучения нейронных сетей, поскольку не позволяют проводить эксперименты на живых клетках (требуют фиксации образца) и связаны с разрушением связей между ними.
Учеными Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского впервые в России была успешно применена и оптимизирована для клеток нервной системы методика, которая определяет уровень экспрессии мРНК в живых, активно функционирующих клетках. Данный метод основан на использовании золотых РНК-зондов, разработанных компанией «Merck», Германия.
Благодаря своим малым размерам и исключительным свойствам РНК-зонды легко проникают в клетку и способны флуоресцировать (светиться) при специфичном связывании с мРНК-мишенью. Визуализация мРНК осуществляется с помощью микроскопии и не требует дополнительных манипуляций по подготовке экспериментального образца. По уровню экспрессии мРНК можно судить об активности синтеза белков в клетке, как в норме, так и при воздействии различных стресс-факторов.
По словам директора Института биологии и биомедицины ННГУ Марии Ведуновой, применение РНК-зондов в сочетании с методикой определения метаболической активности нейронных сетей — кальциевым имиджингом — позволило исследовать активность тех клеток сети, в которых синтезируются интересующие исследователя мРНК.
«Например, данный методический комплекс позволил нижегородским ученым продвинуться в разработках новых подходов защиты клеток головного мозга при гипоксии. Данный подход основан на применении нейротрофических факторов BDNF и GDNF. Эти сигнальные молекулы синтезируются в организме человека и регулируют дифференцировку нервных клеток, рост нейрональных отростков, образование контактов между клетками (синапсов)», — отметила Мария Ведунова.
В настоящем исследовании показано, что при гипоксии BDNF и GDNF препятствуют гибели нервных клеток и поддерживают их работоспособность. Были выявлены некоторые особенности молекулярных механизмов действия нейротрофических факторов при гипоксии, а также влияние одного нейротрофического фактора на уровень экспрессии другого.
Таким образом, доказано, что РНК-зонды являются информативной методикой для нейробиологических исследований и открывают новые перспективы для изучения механизмов работы головного мозга как в норме, так и при неблагоприятном воздействии стресс-факторов.
