Nature子刊:光遗传学技术获得重大突破

【字体: 时间:2014年07月01日 来源:生物通

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  日前,MIT副教授Ed Boyden领导研究团队开发了一个新型光敏蛋白,它们可以响应头骨外的光源,实现非侵入性的神经元控制。这种被称为Jaws的蛋白不仅可以在无植入光源的情况下进行长期研究,还能够影响更大量的组织。这一成果发表在六月二十九日的Nature Neuroscience杂志上,将为光遗传学技术治疗癫痫等神经系统疾病奠定基础。

  

生物通报道:光遗传学允许人们通过光照控制大脑的神经元活性。这一技术依赖能够抑制或刺激神经元电信号的光敏蛋白,还需要将光源植入大脑,让光到达需要控制的细胞。

日前,MIT副教授Ed Boyden领导研究团队开发了一个新型光敏蛋白,它们可以响应头骨外的光源,实现非侵入性的神经元控制。这种被称为Jaws的蛋白不仅可以在无植入光源的情况下进行长期研究,还能够影响更大量的组织。

这一成果发表在六月二十九日的Nature Neuroscience杂志上,将为光遗传学技术治疗癫痫等神经系统疾病奠定基础。

光遗传学技术诞生已经有十五年了,现在它已经成为许多实验室的一个常用工具,帮助人们进一步理解神经元的作用机制。这一技术包括改造神经元,使其表达光敏蛋白(例如视蛋白),这些蛋白能够控制进出细胞的离子流,进而调节神经元的电活性。

传统的光遗传学技术需要将光纤植入大脑,但这一过程比较困难,也不支持许多应用。举例来说,光纤植入不适合研究大脑发育和神经退行性疾病,也难以对慢性病进行长期研究。(延伸阅读:光遗传学之父Science再发突破性成果

大自然的宝藏

自然界有许多微生物通过视蛋白感知光线,对环境做出反应。目前光遗传学使用的绝大多数天然视蛋白是应答蓝光或绿光,但实际上红光深入活组织的能力更强。

Boyden等人之前在细菌(Haloarcula marismortuiHaloarcula vallismortis)中发现了两种响应红光的光敏氯离子通道,但这些分子诱导的电流不够强,不足以控制神经元的活性。

研究人员在这项研究中,通过诱变和筛选,找到了既保留红光敏感性又能生成较强电流的蛋白Jaws。在这种蛋白的帮助下,他们能够通过大脑之外的光源,关闭小鼠大脑中的神经元活性。这种抑制可以达到3毫米深,与传统方法同样有效。

恢复视力

在视网膜色素变性中,视锥会慢慢萎缩,最终导致失明。此前有研究显示,通过基因工程技术让视锥细胞表达光敏蛋白,能够使小鼠恢复一定的视力。

为此,研究人员在小鼠视网膜中检测了Jaws蛋白的效果。研究显示,Jaws蛋白更贴近眼部的天然视蛋白,能够提供更广泛的感光能力。这说明,这种蛋白对于治疗视网膜色素变性可能更有用。

非侵入性的光遗传学技术,代表着光遗传学走向临床的重要一步。“鉴于这些分子来自于其他物种,我们必须仔细评估它们用于临床的安全性,”Boyden说。

 

生物通推荐原文:

Noninvasive optical inhibition with a red-shifted microbial rhodopsin

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