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1、光遗传专题光遗传专题01光光遗传学介学介绍02光光遗传学的研究步学的研究步骤03激活神激活神经元的通道蛋白元的通道蛋白04抑制神抑制神经元的通道蛋白元的通道蛋白05光光遗传学的研究内容学的研究内容06光光遗传学的学的应用前景用前景content光遗传学的研究步骤2.光光遗传学学遗传遗传操作操作操作操作病毒表达或病毒表达或病毒表达或病毒表达或转转基因基因基因基因光学控制操作光学控制操作光学控制操作光学控制操作光源（激光光源（激光光源（激光光源（激光/LED/LED）光光光光纤纤、跳、跳、跳、跳线线等等等等6光遗传学的研究步骤2.1.PiecetogethergeneticconstructGen
2、e encoding opsin(light-sensitive ion channel)Promoter to drive expression2.Insetconstructvirus3.Injectvirusintoanimalbrain，opsinisexpressionintargetedneurons光敏蛋白表达光敏蛋白表达4.Insertoptrode,fibre-opticcablepluselectrode5.Laserlightofspecificwavelengthopensionchannelinneurons6.Recordelectrophysiologicalan
3、dbehaviouralresults光敏蛋白被光激活光敏蛋白被光激活7激活神经元的通道蛋白3.野生型ChR2，是一种在单细胞蓝藻中存在的感光蛋白,其在细胞膜上形成阳离子通道。当表达ChR2的细胞受到蓝光照射时,通道开放,导致细胞去极化。ChR2ChR2的突变体，将第134个氨基酸由组胺酸突变为精胺酸，该蛋白质可以产生两 倍的光电流，但通道开关速度也比野生的ChR2慢了一倍ChR2(H134R)ChR2的突变体，超灵敏光敏感通道，用蓝色激光打开通道，然后用绿色或 黄色激光关闭通道，可以打开其离子通道长达30分钟ChR2(C128S/D156A)ChR2的突变体，更大的光电流和更快的动力学变化C
4、hR2(E123T/T159C)ChR2的突变体，使得神经元在激光刺激下可以发放200Hz的spike，而其他的ChR2 通道 蛋白只能达到40HzChETA由ChR1及由团藻发现的VChR1组合在一起的通道蛋白，在红色激光刺激下打开通道C1V18抑制神经元的通道蛋白4.NpHR第一个被发现的有效抑制神经元活动的光遗传学工具，会在黄绿激光照射下会将氯离子打进神经元内，而抑制神经 元 活 动。但NpHR在 哺 乳 动物脑内表达时，会聚集在内质网上表达，不能在神经元细胞膜上的高量聚集。eNpHR2.0Copy paste fonts.Choose the only option to retain
5、 text.eNpHR3.0Copy paste fonts.Choose the only option to retain text.ArchCopy paste fonts.Choose the only option to retain text.MacCopy paste fonts.Choose the only option to retain text.将内质网输出元件 加 在 NpHR基因序列后面，这样 可 使 得 NpHR在胞内高量表达将一个高尔基体输出元件和来自于 钾 离 子 通 道Kir2.1的上膜元件加在eNpHR2.0基因序列后面，实现了神经元细胞膜上的高量聚集，是
6、 NpHR系 列 中效果最好的一种黄色激光激活的外向整流质子泵，能够将带正电的质子从神经元内移动到细胞外环境中，使神经元处于超极化状态，从而保证神经元处于静息状态。在特定条件下，可用于增加细胞内pH或减少细胞外基质pH。和 NpHR相比，当激光关闭的时候，Arch立即从通道打开状态恢复到关闭状态蓝色激光激活的质子泵，能够将带正电的质子从神经元内移动到细胞外环境中，使神经元保持超极化状态，从而保证神经元处于静息状态，使用的较少9光遗传学的研究内容5.研究心研究心脏细胞干胞干细胞等功能胞等功能光光遗传学的方法不学的方法不仅可以用来研究神可以用来研究神经细胞，胞，也能用来研究其他也能用来研究其他细胞
7、的功能胞的功能研究神研究神经回路和功能回路和功能研究神研究神经细胞的功能是控制大胞的功能是控制大脑的必的必经之路，另外了解并控制其功能有望治愈之路，另外了解并控制其功能有望治愈多种神多种神经方面的疾病方面的疾病研究和改造各种研究和改造各种视蛋白蛋白作作为光光遗传学学的的重重要要工工具具，寻找找符符合合要要求求且且效效率率高的高的视蛋白十分重要蛋白十分重要10光遗传学的应用前景6.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神神经生物学生物学靶向研究不同种类细胞的生命活动和功能分子生物学分子生物学改善或治愈某些神经系统功能障碍所引起的疾病医学医学11光遗传学的应用前景6.肢体功能障碍肢体功能障碍肢体功能障碍肢体功能障碍老年痴呆症老年痴呆症老年痴呆症老年痴呆症部分眼疾部分眼疾部分眼疾部分眼疾肢体功能障碍肢体功能障碍肢体功能障碍肢体功能障碍可极大地可极大地缓解由慢性解由慢性压力引起的力引起的抑郁症状抑郁症状遗传光学方法提高光学方法提高细胞活性胞活性相相应视蛋白代替蛋白代替视网膜网膜细胞胞植入运植入运动神神经元的元的拟胚胚神神经受受损视网膜疾病网膜疾病脑细胞退化胞退化选择性激活性激活VTA多巴多巴胺神胺神经元元疾病疾病12结束结束