光遺傳學(xué)突破：用光控制大腦信號(hào)通路
日期：2016-04-12 08:50:43
用藍(lán)光打開，用黃光關(guān)閉：利用不同顏色的光，德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)（RUB）的研究人員能夠打開或關(guān)閉大腦中的信號(hào)通路。
研究人員利用來(lái)自眼睛神經(jīng)細(xì)胞的光敏蛋白質(zhì)——所謂的黑素蛋白，以很高的時(shí)間精度，打開了大腦細(xì)胞中的特定信號(hào)通路。根據(jù)研究人員使用了什么類型的視黑素蛋白，信號(hào)通路可被短暫或持續(xù)地開啟。在哺乳動(dòng)物中，這個(gè)蛋白質(zhì)通常調(diào)節(jié)著晝夜節(jié)律。
魯爾大學(xué)普通動(dòng)物學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)系的Katharina Spoida博士、Dennis Eickelbeck、Stefan Herlitze教授和Olivia Masseck博士，與波鴻的其他同事以及奧斯納布呂克大學(xué)的研究人員，將這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在最近的Cell子刊《Current Biology》。
對(duì)比：小鼠和人類的黑素蛋白
研究人員描述稱，小鼠和人類的黑素蛋白對(duì)光線刺激的反應(yīng)不同。短的藍(lán)色光脈沖可永久激活小鼠的黑素蛋白，但是只能暫時(shí)地激活人類的黑素蛋白。這兩種蛋白質(zhì)都可以用黃光關(guān)閉。
Dennis Eickelbeck說：“這些光敏蛋白質(zhì)是開發(fā)光遺傳學(xué)工具的理論基礎(chǔ)。”在光遺傳學(xué)中，研究人員利用遺傳操縱，把光敏蛋白結(jié)合到其他蛋白質(zhì)上，從而生成可以被光控制的受體。
解碼G蛋白信號(hào)通路
接下來(lái)，RUB的研究人員希望開發(fā)可被光激活的G蛋白結(jié)合受體。這些受體控制著體內(nèi)的許多功能。在細(xì)胞中哪些信號(hào)通路被打開，是由一個(gè)G蛋白是被短暫激活還是持續(xù)激活而決定的。G蛋白的時(shí)間激活模式的變化，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病，例如肥胖和心血管疾病。
關(guān)于這個(gè)復(fù)雜的5 -羥色胺系統(tǒng)的見解
通過使用光遺傳學(xué)方法控制所選擇的單個(gè)信號(hào)通路，可以確定它們?cè)诮】涤袡C(jī)體中所扮演的角色。研究人員還可以找出，哪些信號(hào)通路影響著某些疾病的發(fā)生。
這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人Katharina Spoida指出：“在后續(xù)研究中，我們打算把各種各樣的黑素蛋白結(jié)合到5 -羥色胺受體上，并更詳細(xì)地分析由G蛋白信號(hào)的時(shí)間序列擾亂而引發(fā)的疾病。”
光遺傳學(xué)這個(gè)新興的研究領(lǐng)域，正快速發(fā)展。今年2月份，英國(guó)牛津大學(xué)的一組研究人員，首次在哺乳動(dòng)物中引起了聯(lián)想記憶的外部解碼。研究人員在《Nature Neuroscience》雜志上發(fā)表的研究中，描述了他們是如何在測(cè)試小鼠中引起聯(lián)想記憶形成，以及他們用來(lái)記錄它的技術(shù)，使記憶被刪除。
最近，美國(guó)塔夫斯大學(xué)的生物學(xué)家，利用一種蛙模型首次證明，他們能夠用光來(lái)控制細(xì)胞間的電子信號(hào)，從而防止腫瘤的形成和并使腫瘤正常化。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年3月16日的《Oncotarget》雜志。
MIT的神經(jīng)科學(xué)家在3月16日的《自然》（Nature）雜志上報(bào)告稱，處于阿爾茨海默氏癥早期的小鼠能夠像正常小鼠那樣形成新記憶，但在數(shù)天后便無(wú)法記起它們。此外，研究人員能夠利用光遺傳學(xué)（optogenetics）人為地刺激這些記憶，表明只需一點(diǎn)幫助仍然可以找回這些記憶。
