Optogenetics 光控基因技术系列 (一)

Optogenetics在wiki里面翻译为光遗传学, 我没有异议. 但是在这里我更想把它翻译为光控基因技术.Optogenetics的从几篇文章到现在成为一个热门的领域经历了大概10年时间. 有大概几个研究方向: 第一是研究各类生物中自身表达的光敏蛋白的功能和对生物功能和行为的影响. 第二是将光敏蛋白比如光敏离子通道channelrodopsin, halorodopsin, melanopsin等通过转基因的方法表达在其他生物.然后用光刺激激活或者抑制细胞, 打开或者关闭基因表达. 这也是目前得到最广泛应用的方向. 第三是在本身失去感光细胞的动物视网膜内,外源引入感光蛋白,将本来并不感光的视网膜细胞转变为感光细胞,从而治疗失明.

从下图可看出,如果要使用人本身的视紫红质来治疗失明,需要把一整套的信号传导途径都表达在其他细胞,但是使用ChR2,只需要一种蛋白.难易程度显而易见.

作为一个在以optogenetics为主要研究方向的实验室工作学习四年多的学生, 我想在这里尝试写一个关于optogenetics的综述类文章.我的导师是潘卓华Zhuo-Hua, Pan. 在2002年潘老师在Science上看到一篇关于在HEK细胞上可表达绿藻光敏离子通道的文章(Nagel et al., 2002),潘老师第一个想法就是可以用于治疗失明.潘老师的首先在小鼠视网膜上成功表达了Channelrhodopsin-2(ChR2), 这一工作发表在2006年Neuron (Bi et al., 2006).在此同时,有几个实验室也对ChR2的功能以及应用发生了兴趣,比如Deisseroth, K.,Hegemann实验室. 2013年ChR2的蛋白结构被解析(Kato et al., 2012)

NeuroscienceResearch (2013) Vol.75   Issue 1 是关于Optogenetics的专题, 此专题名为Photo-transduction proteins and their optogeneticapplications in neuroscience.

BiA, Cui J, Ma YP, Olshevskaya E, Pu M, Dizhoor AM, Pan ZH (2006) Ectopicexpression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice withphotoreceptor degeneration. Neuron 50:23-33.

Kato HE, Zhang F, Yizhar O, Ramakrishnan C, NishizawaT, Hirata K, Ito J, Aita Y, Tsukazaki T, Hayashi S, Hegemann P, Maturana AD,Ishitani R, Deisseroth K, Nureki O (2012) Crystal structure of thechannelrhodopsin light-gated cation channel. Nature 482:369-374.

Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, Kateriya S, Musti AM,Bamberg E, Hegemann P (2002) Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channelin green algae. Science 296:2395-2398.

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