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Dem Gehirn bei der Arbeit zuschauen

Orexine, auch als Hypocretine bekannt, sind hypothalamische Neuropeptide, die wichtige Funktionen im zentralen Nervensystem ausüben. Aufgrund der begrenzten Auflösung der derzeitigen Nachweistechnologien ist jedoch nur wenig über ihre Freisetzung und ihren Wirkungsbereich in vivo bekannt. Um jedoch zu verstehen, wie Neuropeptidsysteme zu einer gesunden Gehirnfunktion beitragen, muss man die von den Transmittern übermittelten Botschaften zunächst beobachten und dann interpretieren. Bislang war dies praktisch unmöglich, da es an Instrumenten mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung fehlte. Duffet et al. (2022) haben einen genetisch kodierten Orexin-Sensor (OxLight1) entwickelt, der auf dem Einbau eines zirkulär permutierten grün fluoreszierenden Proteins in den menschlichen Typ-2-Orexin-Rezeptor beruht. Auf diese Weise können die Wirkungs- und Freisetzungsmechanismen von Orexin im Gehirn lebender Mäuse hochauflösend erforscht werden, wobei beispielsweise eine direkte Verbindung zwischen dem spezifischen Neuropeptidsystem und der schweren Veränderung der menschlichen Gehirnfunktion bei Narkolepsie hergestellt werden kann.

Bei Mäusen erkennt OxLight1 die optogenetisch evozierte Freisetzung endogener Orexine in vivo mit hoher Empfindlichkeit. Hier zeigten photometrische Aufzeichnungen von OxLight1 eine schnelle Orexinfreisetzung, die mit spontanem Gehverhalten, akutem Stress und Schlaf-Wach-Übergängen in verschiedenen Hirnregionen verbunden war. Die Höhe der Orexinfreisetzung korrelierte sowohl mit der Häufigkeit als auch mit der Dauer der neuronalen Aktivierung, so dass die hohe Empfindlichkeit und Geschwindigkeit von OxLight1 es in Zukunft ermöglichen wird, die Freisetzung von Orexin beispielsweise beim spontanen Laufen oder bei akutem Stress zu verfolgen. Experimente haben im lebenden Gehirn gezeigt, dass Orexin-Signale in relativ kurzlebigen, starken Schüben freigesetzt werden. OxLight1 ermöglicht somit den empfindlichen und direkten optischen Nachweis von Orexin-Neuropeptiden mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung im lebenden Tier.

Literatur

Duffet, Loïc, Kosar, Seher, Panniello, Mariangela, Viberti, Bianca, Bracey, Edward, Zych, Anna D., Radoux-Mergault, Arthur, Zhou, Xuehan, Dernic, Jan, Ravotto, Luca, Tsai, Yuan-Chen, Figueiredo, Marta, Tyagarajan, Shiva K., Weber, Bruno, Stoeber, Miriam, Gogolla, Nadine, Schmidt, Markus H., Adamantidis, Antoine R., Fellin, Tommaso, Burdakov, Denis & Patriarchi, Tommaso (2022). A genetically encoded sensor for in vivo imaging of orexin neuropeptides. Nature Methods, 19, 231-241.