光遺傳學(xué)原理及運(yùn)用

genetics光遺傳學(xué)原理及運(yùn)用目錄光遺傳學(xué)的定義和基本原理光遺傳學(xué)的基本操作光遺傳學(xué)的發(fā)展和研究?jī)?nèi)容光遺傳學(xué)的應(yīng)用及實(shí)例記憶消除棒光遺傳學(xué)：

一項(xiàng)注定要獲得諾貝爾獎(jiǎng)的技術(shù)大腦裝上光控開(kāi)關(guān)假想圖用于光與大腦研究的小鼠一、將光敏感的分子或光敏感的離子通道轉(zhuǎn)移到神經(jīng)細(xì)胞里面；二、

用光來(lái)照射這個(gè)神經(jīng)細(xì)胞使神經(jīng)細(xì)胞被激活或抑制。光遺傳學(xué)的定義和基本原理光遺傳學(xué)遺傳學(xué)光學(xué)光遺傳學(xué)的定義和基本原理光敏蛋白表達(dá)光敏蛋白被光激活視網(wǎng)膜中的光感受器細(xì)胞和視紫紅質(zhì)鹽視紫紅質(zhì)(NpHR)通道視紫紅質(zhì)(ChR)氯離子泵，氯離子陽(yáng)離子內(nèi)流，引起內(nèi)流，引起超極化去極化視蛋白：實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵部分，它充當(dāng)著離子通道或細(xì)菌視紫紅質(zhì)(BR)離子泵的角色Ⅱ型視蛋白(optoXR)必須偶聯(lián)到一種轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白質(zhì)子泵，質(zhì)子外流,引起超極化上才能實(shí)現(xiàn)對(duì)光反應(yīng)。

一

般用來(lái)調(diào)控信號(hào)通路。哺

乳動(dòng)物視網(wǎng)膜上的視紫紅質(zhì)就是此類(lèi)蛋白。光遺傳學(xué)的定義和基本原理光敏蛋白例子f光敏腺苷酸環(huán)化酶Photoactivated

Adenylyl

CylasesGq

Gs

Gi

Gq

Gs

Gid

光敏陽(yáng)離子泵bacteriorhodopsina光敏陽(yáng)離子通道channelrhodopsinc

光敏陰離子泵halorhodopsine光敏代謝型受體

optoXRb

光敏陰離子通道

GtACR[InsP3]

[DAG][CAMP][cAMP]GTP光敏蛋白工作原理動(dòng)圖光遺傳學(xué)的基本操作光遺傳學(xué)遺傳操作

光學(xué)控制操作光源(激光/LED

)

光纖、跳線(xiàn)等病毒表達(dá)或轉(zhuǎn)

基因操作步驟Promoter:廣譜：Syn,Thy1特異：

CamKIl,ChAT,GFAP,c-FosCre/loxp系統(tǒng)：

DIO+cre

transgenic

micepAAV-hSyn-Con/Fon

hChR2(H134R)-EYFP-WPREpAAV-hSyn-eNpHR

3.0-EYFPpAAV-CaMKlla

-eNpHR3.0-EYFPpAAV-CamKIl-hChR2

(T159C)-p2A-EYFP-WPREpAAV-

hThy1-eArch

3.0-EYFPpAAV-Ef1a-DIOhChR2(H134R)

-

EYFP-WPREpAAV-Ef1a-DIOeArch3.0-EYFP病毒表達(dá)promoter

opsin病毒表達(dá)病毒注射AAV病

毒質(zhì)粒NAcLoxp-ChR2-mCherryLoxp-ChR2-eYFPLoxp-Arch-eYFPLoxp-NpHR-eYFP轉(zhuǎn)基因ai27,ai32,ai35,ai39Thy1-ChR2-eYFPAi39+PV-cre光學(xué)操作光源控制器套管插芯LaserLED光遺傳學(xué)的發(fā)展KarlDeisseroth微生物視蛋白用于光操控WaltherStoeckenius發(fā)現(xiàn)細(xì)菌視紫紅蛋白KarlDeisseroth光操控用于哺乳動(dòng)物1971

2005

2007

2010

2015FDA已批準(zhǔn)光遺傳學(xué)治療失

明的臨床試驗(yàn)光遺傳學(xué)技術(shù)的應(yīng)用得到飛速發(fā)展圖為2005年光遺傳學(xué)第一次出現(xiàn)開(kāi)始至今相關(guān)的論文數(shù)量(來(lái)自Nature

Neuroscience,2015,18:1213-1225)光遺傳學(xué)的發(fā)展光遺傳學(xué)的研究?jī)?nèi)容研究神經(jīng)細(xì)胞的功能是控

制大腦的必經(jīng)之路，另外

了解并控制其功能有望治

愈多種神經(jīng)方面的疾病。作為光遺傳學(xué)的重要工具，尋

找符合要求且效率高的視蛋白

十分重要。光遺傳學(xué)的方法不僅可以用

來(lái)研究神經(jīng)細(xì)胞，也能用來(lái)

研究其他細(xì)胞的功能。研究神經(jīng)回路和功能研究心臟細(xì)胞干細(xì)

胞等功能研究和改造各種視蛋白·利用光遺傳學(xué)技術(shù)解釋某些生物現(xiàn)象·利用光遺傳學(xué)技術(shù)對(duì)哺乳動(dòng)物行為進(jìn)行

調(diào)控靶向研究不同種類(lèi)細(xì)胞的生命活動(dòng)和功能改善或治愈某些因神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙所引

起的疾病光遺傳學(xué)的應(yīng)用前景光遺傳學(xué)的應(yīng)用范圍神經(jīng)生物學(xué)分子生物學(xué)醫(yī)學(xué)可以極大地緩解由慢性壓力引

起的抑郁樣癥狀用相應(yīng)視蛋白代替視網(wǎng)膜細(xì)用遺傳光學(xué)的方法提高細(xì)胞活性植入運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的擬胚選擇性激活VTA

多巴胺神經(jīng)元視網(wǎng)膜出了問(wèn)題病因是腦細(xì)胞退化神經(jīng)損傷光遺傳學(xué)的應(yīng)用前景抑郁癥部分眼疾老年癡呆癥肢體功能障礙用光遺傳學(xué)的方法治療疾病疾病Polygon

圖案化照明系統(tǒng)任性刺激形狀編輯，多點(diǎn)、多波

長(zhǎng)同時(shí)刺激Mightex

Polygon400Polygon

圖案化照明系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單方便操作實(shí)例色輪會(huì)聚透鏡高亮光源DLP電路板記憶體圖像控制器DLP

技術(shù)的工作原理DMD芯片修整透鏡投影用鏡頭透鏡屏幕輸入環(huán)路整合natureneuroscienceSensory

inputscontrolthe

integrationofneurogliaforminterneurons

intocorticalcircuits+40

mVeEmx1-ChR2FishellResearch

GroupNew

York,NewYork,USA應(yīng)用實(shí)例VGlut2-ChR240pA20msLight+40mVf應(yīng)用實(shí)例亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)刺激University

of

Western