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光遺傳學突破:用光控制大腦信號通路

日期:2016-04-12 08:50:43

 用藍光打開,用黃光關閉:利用不同顏色的光,德國波鴻魯爾大學(RUB)的研究人員能夠打開或關閉大腦中的信號通路。

 

研究人員利用來自眼睛神經細胞的光敏蛋白質——所謂的黑素蛋白,以很高的時間精度,打開了大腦細胞中的特定信號通路。根據研究人員使用了什么類型的視黑素蛋白,信號通路可被短暫或持續地開啟。在哺乳動物中,這個蛋白質通常調節著晝夜節律。

 

魯爾大學普通動物學和神經生物學系的Katharina Spoida博士、Dennis EickelbeckStefan 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的研究人員,將這項研究結果發表在最近的Cell子刊《Current Biology》。

 

對比: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光線刺激的反應不同。短的藍色光脈沖可永久激活小鼠的黑素蛋白,但是只能暫時地激活人類的黑素蛋白。這兩種蛋白質都可以用黃光關閉。

 

Dennis Eickelbeck說:“這些光敏蛋白質是開發光遺傳學工具的理論基礎。”在光遺傳學中,研究人員利用遺傳操縱,把光敏蛋白結合到其他蛋白質上,從而生成可以被光控制的受體。

 

解碼G蛋白信號通路

 

接下來,RUB的研究人員希望開發可被光激活的G蛋白結合受體。這些受體控制著體內的許多功能。在細胞中哪些信號通路被打開,是由一個G蛋白是被短暫激活還是持續激活而決定的。G蛋白的時間激活模式的變化,可能會導致嚴重的疾病,例如肥胖和心血管疾病。

 

關于這個復雜的5 -羥色胺系統的見解

 

通過使用光遺傳學方法控制所選擇的單個信號通路,可以確定它們在健康有機體中所扮演的角色。研究人員還可以找出,哪些信號通路影響著某些疾病的發生。

 

這項研究的負責人Katharina Spoida指出:“在后續研究中,我們打算把各種各樣的黑素蛋白結合到5 -羥色胺受體上,并更詳細地分析由G蛋白信號的時間序列擾亂而引發的疾病。”

 

光遺傳學這個新興的研究領域,正快速發展。今年2月份,英國牛津大學的一組研究人員,首次在哺乳動物中引起了聯想記憶的外部解碼。研究人員在《Nature Neuroscience》雜志上發表的研究中,描述了他們是如何在測試小鼠中引起聯想記憶形成,以及他們用來記錄它的技術,使記憶被刪除。

 

最近,美國塔夫斯大學的生物學家,利用一種蛙模型首次證明,他們能夠用光來控制細胞間的電子信號,從而防止腫瘤的形成和并使腫瘤正?;O嚓P研究結果發表在2016316日的《Oncotarget》雜志。

 

MIT的神經科學家在316日的《自然》(Nature)雜志上報告稱,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,但在數天后便無法記起它們。此外,研究人員能夠利用光遺傳學(optogenetics)人為地刺激這些記憶,表明只需一點幫助仍然可以找回這些記憶。

 


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