雷网空间
雷网空间
雷网空间>人类科学>添加新的通道到大脑遥控器

添加新的通道到大脑遥控器

发布时间:2018-12-06 00:16:01

添加新的通道到大脑遥控器.png

通过对特定细胞进行超快速远程控制,光活化蛋白质使研究人员能够研究大型网络中各个神经元的功能 - 甚至是整个大脑。现在,'光遗传学'及其同事的先驱之一已经创造了两种新的工具 - 蛋白质孔,当被照射时允许Ca2 +进入细胞或K +输出 - 用于使用光开启或关闭神经元。他们的研究发表在神经科学的前沿,他们的研究表明,这些合成的“离子通道”可用于控制特定的神经元,即使在活体动物中也是如此。

用光控制神经元

维尔茨堡大学的Georg Nagel研究小组将来自生命王国的DNA  - 从热爱水生的细菌到奶牛 - 结合起来创造了混合离子通道,这些通道在光线激活时打开。离子通道通过允许带电离子进入和离开细胞表面,使像神经元这样的可兴奋细胞产生和传输电信号。

“通过设计特定神经元来表达这些通道,我们可以使用光来打开和关闭它们,”Nagel解释说。

光遗传学是在Nagel和长期合作者Peter Hegemann从绿藻中分离出两种被称为“通道视紫红质”的光激活通道时首次出现的。这些允许带正电的离子 - 特别是Na +  - 进入并激发神经元。

随着通道视紫红质的成功,另一种天然光遗传学离子通道'halorhodopsin'被开发用作神经元沉默子。当被照射时,halorhodopsin通过光诱导的带负电的Cl-离子流入来抑制神经元信号。

随着对更多光遗传工具的巨大需求,Nagel和其他人现在使用基因编辑技术来创建具有新特性的合成光激活通道。

“通道视紫红质具有低Ca2 +渗透性,而氯通道蛋白等Cl-通道实际上可激发具有高Cl-含量的细胞。尽管合成替代品的数量越来越多,高渗透性光敏通道选择性地使Ca2 +进入细胞或抑制它们通过让K +在许多愿望清单上保持高位。“

设计新的控制开关

为了构建Na + / Ca2 +和K +在细胞内外运动的新型光激活工具,该小组采用了两个现有的离子通道,这个离子通道被称为“cAMP”的通用细胞信使分子激活,并且每个离子通道都与一种产生cAMP的细菌酶融合。点亮。

“我们尝试以不同的方式融合DNA片段,以找到具有最高光活化离子渗透性的配置,”高级研究作者和Nagelpimégé高强强博士说。

结果是高Ca2 +渗透通道和高渗透性K +选择性通道,每个通道都被蓝光激活。

与来自维尔茨堡大学的Dennis Pauls博士,莱比锡大学的Robert Kittel教授和Nadine Ehmann博士合作,Nagel小组着手测试果蝇(果蝇)神经元中这些新创建的通道以及Christine Gee博士和Ph。 D.学生Oana Constantin来自ZMNH汉堡的大鼠神经元。

“这些新的通道在被照射时分别激活或抑制分离的大鼠神经元,”Gee博士报告说,“当在整个果蝇幼虫的运动神经元中表达时,引起身体收缩或松弛,”Pauls博士补充说。

值得添加的光遗传工具包

作者强调了使用cAMP介导这些通道中光响应的潜在缺点。

“cAMP本身是许多细胞过程中的重要信使,因此需要仅表达产生细菌cAMP的酶的对照来区分光诱导的cAMP,Ca2 +和K +的作用。

“此外,由细胞原生的其他酶产生的cAMP可以直接激活通道。这可能解释了为什么设计用于表达新通道的果蝇幼虫较小,移动稍慢,并且不能成熟为成虫。

尽管如此,Gao和Nagel仍然相信他们的最新贡献是光遗传工具包的有价值的补充,值得进一步表征和开发。

“总之,我们已经为Ca2 +或K +渗透性的光遗传学操作提供了新的有效工具,这为探索复杂神经元系统的功能开辟了新的可能性。这些可以应用于成年果蝇 - 也许最终,哺乳动物 - 通过开发突变体例如,具有较低cAMP敏感性的通道,更好地定位于发送和接收电信号的神经元中的位点,以及通过温度变化接通基因的诱导表达。

上一篇:研究人员推进生物质转化过程 下一篇:基于ToM的机器人仓库人为意图估算算法 猜您喜欢的人类科学
©雷网空间 粤ICP备15074401号-1