Science Signaling：新型光遗传学工具可抑制神经元和心肌细胞

德国波鸿鲁尔大学等机构的研究人员近日开发出一种新型光遗传学工具，可通过蓝光选择性抑制细胞活性。这些工具有望帮助人们研究兴奋与抑制之间平衡被打破的疾病，比如心律失常。

　　

德国波鸿鲁尔大学等机构的研究人员近日开发出一种新型光遗传学工具，可通过光选择性抑制细胞活性。这些工具有望帮助人们研究兴奋与抑制之间平衡被打破的疾病，比如心律失常。

这篇题为“Improving optogenetic control over Gi/o-coupled receptor signaling by optimized GIRK channel expression”的论文于10月20日发表在《Science Signaling》杂志上。

光遗传学工具可通过光来激活和抑制神经细胞。在此次研究中，研究人员将一种名为Opn4L的光敏受体与一种名为GIRK1的修饰钾离子通道偶联，从而激活G蛋白偶联信号通路。

G蛋白偶联受体（GPCR）是动物细胞中最重要的信号受体之一。它们对多种刺激作出反应，包括信号分子、药物和光。此外，根据细胞和受体类型的不同，它们可以激活不同的G蛋白，从而引发各种反应。

血清素受体和多巴胺受体是典型的例子：这些信号通路的破坏在抑郁症、精神分裂症和帕金森病中起着关键作用。

在细胞培养实验中，研究人员将基于Opn4L/GIRK1的新型光遗传学工具导入小脑浦肯野细胞和心肌细胞中。

小脑细胞实验表明，当蓝光照射到Opn4L受体上时，细胞膜上与其偶联的GIRK通道会打开，激活下游的G蛋白偶联信号通路。这降低了细胞的兴奋性。因此，光遗传学工具的激活可抑制神经元的活性。

这种光开关在人类心肌细胞中也发挥了作用。当研究人员将Opn4L/GIRK1构建体暴露于蓝光下时，培养细胞的自发搏动频率便会降低。

共同通讯作者、波鸿鲁尔大学的Ida Siveke解释说：“我们开发出一种光遗传学工具，它不仅能激活受体，还能选择性增强其下游信号通路。这让我们能够精确地调控单个细胞中刺激信号与抑制信号之间的平衡。”

光遗传学领域的先锋人物、波鸿鲁尔大学的Stefan Herlitze教授指出：“这些光遗传学构建体有望帮助我们更精确地研究和控制心肌细胞、起搏细胞以及神经元中的潜在信号传导机制。这将为光遗传学开辟全新的应用领域。”