设为首页 | 添加收藏 |sitemap |百度地图 |
货真价实 坦诚无欺
新闻资讯

徕卡显微镜光遗传学去多色工具

2014-03-01  发布者:admin 

 光遗传学是一种技术,可以让科学家们通过设计他们表达光敏蛋白来控制神经元的电活动与光芒。 在过去的十年中,它已成为一种非常强大的工具,用于发现不同类型的细胞的功能,在大脑中。

大多数这些光敏感蛋白,被称为视蛋白,在蓝绿色范围响应的光。 现在,来自麻省理工学院的一个小组发现了一个视蛋白是红色光,这使得研究人员能够独立控制神经元的两类人群的活动一次,使脑功能更复杂的研究敏感。

“如果你想看到两组不同的细胞相互作用,或同一小区的两个群体是如何互相竞争,你需要能够独立激活这些人口,”埃德宝鼎生物工程副教授,并说脑与认知科学在麻省理工学院和新的研究的资深作者。

新视蛋白是在120种藻类的屏幕找到约60光敏感蛋白之一。 这项研究发表在自然法的2月9日在线版,也取得了最快的视蛋白,使研究人员能够研究神经活动模式与毫秒级的精度。

宝鼎和甘恩嘉澍黄医药和生物科学在阿尔伯塔大学的教授,是该论文的高级作者,而主要作者是麻省理工学院博士后弥敦道Klapoetke。 来自霍华德休斯医学研究所的Janelia农场研究校园,宾夕法尼亚大学,科隆大学和北京基因组研究所的研究人员也促成了这项研究。 

图片:村田泰信,麦戈文研究所

 

在生活的色彩

视蛋白天然存在于许多藻类和细菌,它使用光敏感蛋白,以帮助他们应对其环境和产生能量。

实现神经元的光控制,科学家工程师脑细胞表达的基因的视蛋白,该转运的离子穿过细胞膜,以改变其电压。 根据所使用的视蛋白,在细胞上闪耀光要么降低了电压和沉默神经元放电或升压电压和引发细胞,以产生一个电脉冲。 这个效果几乎是即时的和容易逆转。

使用这种方法,研究人员可以有选择地打开细胞或关闭的人口,观察大脑中发生了什么。 然而,直到现在,他们可以在一个时间只能激活一个群体,因为这回应了红灯唯一的视蛋白也回应了蓝色的光,所以他们不能与其他视蛋白配对来控制两台不同的细胞群。

寻求额外的有用的视蛋白,麻省理工学院的研究人员与黄的研究小组在阿尔伯塔大学,这是测序1,000植物,包括一些藻类的转录工作。 (转录组是相似的基因组,但仅包括由一个细胞,而不是它的遗传物质的整体表达的基因。)

一旦团队获得,似乎代码为视蛋白基因序列,Klapoetke测试了他们的光响应在哺乳动物脑组织,与玛莎君士坦丁 - 佩顿,生物学和脑与认知科学的麻省理工学院教授,​​麦戈文学会会员工作,而该论文的作者。 红色感光视蛋白,其中研究人员命名Chrimson,可以响应光用735纳米波长介导的神经活动。

研究人员还发现了一个蓝光驱动的视蛋白,它有两个非常可取的特质:它工作在高速,这是非常昏暗的光线敏感。 这种视蛋白,称为Chronos的,可以刺激与蓝色光太弱激活Chrimson水平。

“你可以用昏暗的蓝色光短脉冲来驱动蓝色的,你可以使用强闯红灯驾驶Chrimson,而且可以让你做真正的两色,零串扰激活完整的大脑组织,” Boyden小,谁是麻省理工学院媒体实验室的成员,麦戈文脑研究所说。

研究人员曾试图修改自然发生的视蛋白,使他们更快地做出反应和应对调光灯,但试图优化一个特点往往使其他功能恶化。

“很明显,试图工程师般的色彩,光感度和动力学特征的时候,总有取舍,”Klapoetke说。 “我们很幸运,自然的东西实际上是超过快好几倍,也五六倍光敏感比什么都重要。”

选择性控制

这些新的视蛋白借给自己几种类型的研究,以前不可能,博伊登说。 为1,科学家不仅可以操纵感兴趣的细胞群的活性,而且还控制上游的细胞通过分泌神经递质影响目标人群。

配对Chrimson和Chronos的也可以让科学家在大脑中学习不同类型的细胞的功能,在同一个微电路。 这些细胞通常位于非常接近,但与新的视蛋白它们可以独立地具有两种不同颜色的光进行控制。

“我认为在这个优秀的论文中描述的工具,代表了这两个基础和转化神经科学的一大进步,”Botond Roska在,高级小组负责人在弗里德里希米歇尔生物医学研究所在瑞士,谁是不是该研究小组的一部分说。 “被移向红外范围光遗传学工具,如Chrimson本文中描述的,是不是更蓝移的变体更好,因为它们是低毒性,激活更少的瞳孔反射,并激活患者更少的剩余的光感受器。 “

大多数光遗传学研究迄今已在小鼠中已经完成,但是Chrimson可用于果蝇,一种常用的试验有机体的光遗传学研究。 研究人员已经用蓝色感光视蛋白在果蝇,因为光线可以进入果蝇的眼睛和惊吓他们,正在研究中的行为干扰了麻烦。

维韦克贾亚拉曼,一个研究小组负责人在Janelia农场和论文的作者,能够表明,当红灯是用来刺激Chrimson在果蝇这种惊吓反应不会发生。

因为红灯损害较小的组织比蓝色光,Chrimson还拥有潜在的人类最终的治疗用途,博伊登说。 与其他视蛋白的动物研究已经在帮助感光细胞在视网膜的损失后,对恢复视力表明承诺。

研究人员目前正在试图修改Chrimson在红外范围内响应的光。 他们也努力使双方Chrimson和Chronos的更快,更怕光。

该项目的麻省理工学院的部分得到了卫生部,麻省理工学院媒体实验室,美国国家科学基金会,华莱士阁下科尔特基金会,Alfred P. Sloan基金会,一个NARSAD青年研究者格兰特,人类前沿科学计划的国家研究院​​资助,一个NYSCF罗伯逊神经科学研究员奖,IET自动对焦哈维奖,科学技术的斯科尔科沃学院,和珍妮特和谢尔顿拉辛'59。