光遗传学概述课件.pptxVIP

光遗传学 L/O/G/O 目录 光遗传学的定义和基本原理 2 光遗传学的研究内容 3 光遗传学的发展 光遗传学的应用前景 2 遗传学 光学 基因工程 通过基因工程技术使受体细胞产生视蛋白， 光遗传 来实现对细胞的光学控制，即通过光来激活 学 或抑制某种细胞从而明确其功能。 光遗传学的定义和基本原理 3 4 . 光遗传学上控制细胞功能的步骤 Ø往受体细胞内输送视蛋白基Ø对光信号进行时空调控Ø收集输出信号，读取结 因 果 质蛋白)，也 可以是经化学 Ø寻找合适的视蛋白 Ⅱ型 视 蛋 (optoXR) 必须偶联到一种转导蛋白上 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 αooo 2000000 BR Ho 0o 盐视紫红质 (NpHR) 离子泵，氯离子内 流，引起超极化 0o ooo poooo O 000000 oooao NpHR p000000 Clo 阳 5 eNpHR2.0 Mac(470-500 纳米) (589纳米) eBR(560 纳米) eNpHR3.0 GtR3(472 纳米) (589-680纳米) ChETA(470 纳 米 ) SFO(470 or 542纳米) VChR1 (535-589纳米) 电压(毫伏) —70— 电压(毫伏) -70. NpHR (589纳米) Arch (575纳米) 酒化 ChR2 (470纳米) 抑制 Corral Marina 6 其一般性原理是制作嵌合体(chimera)，一方面 是脊椎动物的视紫红质，另一方面是通常的、配基 耦合的G蛋白偶联受体(GPCR)。这样组合以后 . GPCR就相当于单成分的神经调控工具。这种II型 融合蛋白称为optoXR，可用以对细胞内信号传导 过程进行光学调控，其时间分辨率足以允许应用于 自由运动小鼠行为状态下的神经元活动。运用这种 方法可以实现多巴胺受体的、 5一羟色胺受体的、 肾上腺素受体的作用，从而在神经传递的调制中发 挥重要作用 . 7 研究神经 回路和功能 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。 研究心脏细胞 干细胞等功能 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。 光遗传学的研究内容 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。 研究和改造 各种视蛋白 8 在这几年里视蛋白工程学和基因组学快速发 展，视蛋白靶向技术的应用范围进一步扩大， 光控技术应用到了大脑疾病研究、神经科学 究以及干细胞、心脏细胞、肌肉细胞、人体 经元细胞等诸多研究领域 2007年5月报道了光纤控制方法，2007 年10月报道了单组份光控技术对自由 活动的哺乳动物进行控制的成功案例 当年(2005年)8月，第一次报道了微生物 视蛋白用于神经元细胞光控操作的成功案例 发现了光敏感通道视紫红质蛋白 十 新 时 叶 885886886888 发现细菌视紫红质蛋白是一 种单组份光控元件，可以通 过它调控跨膜离子转运过程 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 0 1971 1972 1973 1974 1975 1976 发现了嗜盐菌视紫红质蛋白 9 2005年1月 Zhang 和Ed Boyden ZX936 发现培养皿里的神经元细胞被激活了。 lite- 1(G⁰314); 在这些前期的实验工作取得成功之后， zxEX629[Pmyo-3::Mac:;GFP: Polt-2::mCherry] 对患有帕金森氏病的小鼠大脑里经过遗 鼠恢复了正常的步态；借助该技术能观 察到小鼠从睡梦中醒来时是哪些细胞活 Mac in body wall musclos