Optogenetik tydliggör nätverk av nervceller som styr gång
Genom att stimulera vissa typer av celler i ryggmärgen med hjälp av optogenetik — en metod där man använder ljus för att aktivera nervcellerna — har forskare vid Karolinska Institutet lyckats slå på och stänga av den del av nervsystemet som styr gång. Studien, som publiceras i vetenskapstidskriften PNAS, visar också hur de nervkretsar som koordinerar musklernas aktivitet vid gång är uppbyggda. Resultaten ger en djupare insikt om hur olika nätverk av nervceller samarbetar för att styra komplexa rörelser.
Optogenetiken är en metod som tagit hjärnforskningen med storm de senaste åren. Den använder sig av proteiner från encelliga organismer som påverkar celler då man lyser på dem. Proteinerna går att koppla till specifika cellgrupper, vilket gör det möjligt att ta reda på vad dessa celler har för funktion. Det mest använda proteinet, Channelrhodopsin-2 (ChR2), aktiverar nervceller när man lyser på dem med blått ljus.
Professor Ole Kiehns forskargrupp vid institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet var en av de första att ta fram en genförändrad mus där ChR2 fanns i specifika grupper av celler. I en studie som publicerades 2010 visade forskarna att en speciell typ av celler hade möjligheten att sätta igång systemet som styr vår gång.
— Det här har vi jobbat vidare på. I den studie vi publicerar nu använder vi flera olika optogenetiska metoder som gör det möjligt att också inaktivera utvalda celler genom att lysa på dem med blått ljus, säger Martin Hägglund, studiens försteförfattare.
Experimenten i den aktuella studien genomfördes in vitro, alltså inte på levande djur utan på isolerad nervvävnad från möss. Proteinet som styr processen att inaktivera nervceller heter halorhodopsin (HR) och kommer från arkéer, en typ av bakterieliknande organismer. Genom att använda proteinerna ChR2 och HR kunde forskarna visa att nätverket av nervceller som kontroller gång är uppbyggt av en mängd modyler som styr enskilda muskler. Dessa moduler är en sorts byggstenar som när man går är ihopkopplade med varandra för att generera en koordinerad aktivitet. Slutsatserna från studien visar hur speciella grupper av nervceller producerar och kontrollerar rörelser.
Forskningen har finansierats genom anslag från Söderbergsstiftelsen, Vetenskapsrådet, Karolinska Institutet och Europeiska forskningsrådet ERC.
Publikation
Optogenetic dissection reveals multiple rhythmogenic modules underlying locomotion.
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013 Jul;110(28):11589-94