光遗传学原理及运用

genetics光遗传学原理及运用目录光遗传学的定义和基本原理光遗传学的基本操作光遗传学的发展和研究内容光遗传学的应用及实例记忆消除棒光遗传学：

一项注定要获得诺贝尔奖的技术大脑装上光控开关假想图用于光与大脑研究的小鼠一、将光敏感的分子或光敏感的离子通道转移到神经细胞里面；二、

用光来照射这个神经细胞使神经细胞被激活或抑制。光遗传学的定义和基本原理光遗传学遗传学光学光遗传学的定义和基本原理光敏蛋白表达光敏蛋白被光激活视网膜中的光感受器细胞和视紫红质盐视紫红质(NpHR)通道视紫红质(ChR)氯离子泵，氯离子阳离子内流，引起内流，引起超极化去极化视蛋白：实现光开关的关键部分，它充当着离子通道或细菌视紫红质(BR)离子泵的角色Ⅱ型视蛋白(optoXR)必须偶联到一种转导蛋白质子泵，质子外流,引起超极化上才能实现对光反应。

一

般用来调控信号通路。哺

乳动物视网膜上的视紫红质就是此类蛋白。光遗传学的定义和基本原理光敏蛋白例子f光敏腺苷酸环化酶Photoactivated

Adenylyl

CylasesGq

Gs

Gi

Gq

Gs

Gid

光敏阳离子泵bacteriorhodopsina光敏阳离子通道channelrhodopsinc

光敏阴离子泵halorhodopsine光敏代谢型受体

optoXRb

光敏阴离子通道

GtACR[InsP3]

[DAG][CAMP][cAMP]GTP光敏蛋白工作原理动图光遗传学的基本操作光遗传学遗传操作

光学控制操作光源(激光/LED

)

光纤、跳线等病毒表达或转

基因操作步骤Promoter:广谱：Syn,Thy1特异：

CamKIl,ChAT,GFAP,c-FosCre/loxp系统：

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病毒表达promoter

opsin病毒表达病毒注射AAV病

毒质粒NAcLoxp-ChR2-mCherryLoxp-ChR2-eYFPLoxp-Arch-eYFPLoxp-NpHR-eYFP转基因ai27,ai32,ai35,ai39Thy1-ChR2-eYFPAi39+PV-cre光学操作光源控制器套管插芯LaserLED光遗传学的发展KarlDeisseroth微生物视蛋白用于光操控WaltherStoeckenius发现细菌视紫红蛋白KarlDeisseroth光操控用于哺乳动物1971

2005

2007

2010

2015FDA已批准光遗传学治疗失

明的临床试验光遗传学技术的应用得到飞速发展图为2005年光遗传学第一次出现开始至今相关的论文数量(来自Nature

Neuroscience,2015,18:1213-1225)光遗传学的发展光遗传学的研究内容研究神经细胞的功能是控

制大脑的必经之路，另外

了解并控制其功能有望治

愈多种神经方面的疾病。作为光遗传学的重要工具，寻

找符合要求且效率高的视蛋白

十分重要。光遗传学的方法不仅可以用

来研究神经细胞，也能用来

研究其他细胞的功能。研究神经回路和功能研究心脏细胞干细

胞等功能研究和改造各种视蛋白·利用光遗传学技术解释某些生物现象·利用光遗传学技术对哺乳动物行为进行

调控靶向研究不同种类细胞的生命活动和功能改善或治愈某些因神经系统功能障碍所引

起的疾病光遗传学的应用前景光遗传学的应用范围神经生物学分子生物学医学可以极大地缓解由慢性压力引

起的抑郁样症状用相应视蛋白代替视网膜细用遗传光学的方法提高细胞活性植入运动神经元的拟胚选择性激活VTA

多巴胺神经元视网膜出了问题病因是脑细胞退化神经损伤光遗传学的应用前景抑郁症部分眼疾老年痴呆症肢体功能障碍用光遗传学的方法治疗疾病疾病Polygon

图案化照明系统任性刺激形状编辑，多点、多波

长同时刺激Mightex

Polygon400Polygon

图案化照明系统安装简单方便操作实例色轮会聚透镜高亮光源DLP电路板记忆体图像控制器DLP

技术的工作原理DMD芯片修整透镜投影用镜头透镜屏幕输入环路整合natureneuroscienceSensory

inputscontrolthe

integrationofneurogliaforminterneurons

intocorticalcircuits+40

mVeEmx1-ChR2FishellResearch

GroupNew

York,NewYork,USA应用实例VGlut2-ChR240pA20msLight+40mVf应用实例亚细胞结构刺激University

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Western