Poren dachte: Ion-channel-Studie winkt der erste whole-brain-simulation: Blue-Brain-Projekts ‚Channelpedia‘ ist offen für Gehirn Modellbauer und Pharmakologen überall

Poren dachte: Ion-channel-Studie winkt der erste whole-brain-simulation: Blue-Brain-Projekts 'Channelpedia' ist offen für Gehirn Modellbauer und Pharmakologen überall

Poren auf der Oberfläche von Nervenzellen und Muskelzellen kontrollieren jeden deiner Gedanken, Bewegung; die sehr schlagen Ihres Herzens. Die Art und Weise, die Poren zu Verhalten-d.h. öffnen, schließen oder sperren, die für eine kurze Zeit (inaktivieren) abhängig von der Spannung — Formen-Signale in form von Ionen, bewegt sich über der Oberfläche der Zelle.

Zum ersten mal, Forscher an der EPFL Blue Brain Projekt zugeordnet haben, das Verhalten der größten Familie von diesen voltage-gated ion channels: Kv-Kanäle.

Publiziert in Frontiers in Cellular Neuroscience, frei verfügbare online-Daten als unformatierte Daten, Ihre Pionierarbeit wird power-virtuelle drug discovery — und Sie hoffen, die erste ganz-Hirn-simulation.

Daten für ein digitales Gehirn

Tausende von Studien haben nachgewiesen, das Verhalten der Kv-Kanäle in verschiedenen Zellen, durch die Messung der Bewegung von Ionen über die winzigen Flecken der Zellmembran bei einer kontrollierten Spannungen. In den frühen Jahren des Blue-Brain-Projekt, Neurowissenschaftler Dr. Rajnish Ranjan wurde beauftragt, mit der Modellierung des Verhaltens von Kv-Kanälen, basierend auf diesen Studien, für den Einsatz in der Gehirn-Simulationen.

„Zu meiner überraschung, trotz 30 Jahren Forschung keine der raw-Daten zur Verfügung Stand“, erinnert sich Ranjan, der Erstautor der neuen Studie.

Auch die veröffentlichten, bearbeiteten Daten spiegelt sich ein Wild-West-Studien-Protokolle, bei widersprüchlichen und inkompatiblen Ergebnissen. Viele Kv-Kanäle wurden kaum oder nie studiert, und entscheidend ist, dass auf der platine gab es ein Mangel an Studien, in der Nähe der Körpertemperatur.

„In der Nähe der Körpertemperatur, fetthaltigen Zellmembranen weich und rutschen Weg von der Aufnahme-Apparat. So, praktisch alle Untersuchungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt,“ Ranjan erklärt.

Keine Daten-kein Kanal-Modelle-kein Gehirn-simulation. Wenn die Blue-Brain-team waren, erfolgreich zu sein, müssen Sie zum aufzeichnen Ihrer eigenen Kv-Kanal-Daten — dreißig Jahre im Wert von es.

Bringen Forschung an ionenkanälen aus der Kälte

Zum Glück, das Blue-Brain-team besteht aus einem Ionen-Kanal-recording-Roboter. Durch die Automatisierung von Aufnahmen, das Ihnen erlaubt, zu überwinden, die hohe Ausfallrate in der Nähe der Körpertemperatur mit schiere Geschwindigkeit und Umfang der versuche.

Das Ergebnis ist die erste Karte des Verhaltens aller Kv-Kanäle-oder in einer Familie von ionenkanälen, für diese Angelegenheit. Die Karte dreht sich versöhnt, stärkt und widerlegt die letzten dreißig Jahre von Kv-Kanal-Studien.

„Unter standardisierten Bedingungen und mit großen Stichproben das Verhalten von Kv-Kanälen ist weitgehend konsistent Zell-Linien und-Arten. Und wie erwartet, quantitativ, Kv-Kanäle aktivieren und inaktivieren schneller an 35°C als bei 25°C oder 15°C.

„Die große neue Erkenntnis war, dass Kv-Kanäle Verhalten sich qualitativ sehr unterschiedlich aus 15°C, 25°C bis 35°C.“

Zum Beispiel, einige Kanäle inaktivieren nur bei höherer Temperatur, so waren die vorher zu Unrecht genommen als nicht-Inaktivierung trotz tausenden von Studien bei Raumtemperatur. Andere zeigen eine neue Art der verzögerten Inaktivierung. Noch mehr überrascht, ist, einige Kanäle ändern Ihr Verhalten scheinbar zufällig — die zwar unerklärt, könnte zugrunde liegen, einige der Inkonsistenzen zwischen früheren Studien.

„Die qualitativen Unterschiede fanden wir bei 35°C klar fordern weitere tests“, sagt Ranjan.

Insbesondere das team die Methode sollte angewendet werden, um systematisch Studie Kv channel-Verhalten in Anwesenheit von bekannten Modulatoren-wie protein-Signale, die chaperone und Anker-oder genetischen-Kanal-Varianten.

Darüber hinaus wird bereits gearbeitet am Blue-Brain-map, das Verhalten der anderen voltage-gated ion channels, darunter auch solche, die es ermöglichen, Na , oder eine beliebige positive Ionen durchqueren die Zellmembran. Schließlich benötigen Sie alle diese zu bauen, eine digitale Kopie des Gehirns.

Channelpedia

Die Bedeutung dieser Befunde ist direkter als Blau Gehirn ehrgeizig ganz-Hirn-Simulationen, jedoch. Die Daten in der Studie ermöglichen es den Forschern überall auf, entwickeln Ihre eigenen verbesserte Modelle für die Kv-Kanäle — nützlich, zum Beispiel in der Arzneimittelforschung.

„Die Daten und Methoden, die wir eingerichtet haben, um Karte das Verhalten von Kv-Kanälen die verwendet werden können, um systematisch Bildschirm Arzneimittel-Kandidaten für die potenziell positiven oder schädlichen Auswirkungen auf die channel-Verhalten“, sagt Ranjan.

Zu diesem Zweck, die Studien-team erbracht hat offenen Zugang zu Ihren Millionen-plus Kv-Kanal-Aufnahmen aus über 9.000 Zellen, und einer wachsenden Datenmenge für andere Kanäle. Diese stehen öffentlich zum download zur Verfügung in einem engagierten, wiki-ähnliche Plattform namens Channelpedia.

„Jeder kann Zugriff auf Channelpedia online und dazu beitragen,“ Ranjan betont. „Wir fordern die anderen Laboren, zu erzählen, Ionen-Kanal-Daten zu erweitern und zu verfeinern, diese Ressource.“

Die Modelle der team stellt auf der Basis Ihrer systematischen Daten-Sammlungen, die es möglich machen, zu interpretieren-Kanal-Aufzeichnung im Rahmen der physiologischen Temperatur.

„Die Temperatur-Aktivitäts-Beziehungen in unseren Modellen ermöglicht Aufnahmen bei jeder Temperatur umgewandelt werden, um auf physiologische Temperatur“, erklärt Ranjan. „Das ist ein wirklich wichtiger Beitrag unserer Arbeit ist, da Kanal-Aufnahmen bei der physiologischen Temperatur bleiben schwierig und zukünftige Experimente wird wahrscheinlich auch in Zukunft durchgeführt werden, bei niedrigeren Temperaturen.“