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新版本的光敏蛋白可以照亮我们大脑的交流途径的黑暗角落

蚊子中发现的蛋白质是否可以更好地理解我们大脑的运作方式?魏兹曼科学研究所神经生物学系的Ofer Yizhar教授及其团队从蚊子身上提取了一种光敏蛋白,并用它来设计一种改进的方法来研究小鼠大脑中从神经元传递到神经元的信息。今天在Neuron中报道的这种方法可能潜在地帮助科学家解决古老的大脑奥秘,这可以为治疗神经病和精神病的新疗法和改良疗法铺平道路。

Yizhar和他的实验室团队开发了所谓的光遗传学方法-研究技术,使他们能够“逆向工程”特定大脑回路的活动,以便更好地了解其功能。光遗传学使用称为视紫红质的蛋白质来控制小鼠大脑中神经元的活性。视紫红质是一种光敏蛋白-它们以其在视网膜等器官中而不是在人体内部黑暗区域中的作用而著称。但是,伊扎尔小鼠大脑中的视紫红质使他和他的团队将微弱的光束射入小鼠大脑时,能够控制特定神经元的活动。他对神经元之间的交流特别感兴趣:哪些信号通过突触传递,大脑信号在其上移动的那些间隙?”

尽管近年来光遗传学方法在世界各地的实验室中取得了许多突破性的结果,但它们可能有些挑剔。特别是,用于光遗传学研究的视紫红质在控制突触(神经元之间的微小连接)的活性方面往往不完善。

Yizhar和他的一大批受训人员,包括Mathias Mahn博士,Inbar Saraf Sinik博士和Pritish Patil博士,相信他们可以创造出比目前可用的视紫红质更好的版本。“我们决定环顾四周,看看那里存在什么自然解决方案,”伊扎尔说。事实证明,自然界中的视紫红质分子上有许多变异-不仅在动物眼中,而且在鱼,昆虫,甚至哺乳动物的各个部位都有它们。有些可能是为了调节他们的昼夜节律,有些则是出于未知的目的。因此,研究小组从一长串潜在的视紫红质蛋白开始,他们的第一项工作是评估哪些蛋白最可能满足其实验要求,其中主要包括能够调节突触活性的轻型门控蛋白。

事实证明,最适合的是蚊子视紫红质。为了评估这种新的蚊子工具的功效,研究人员针对一种已知能降低大脑神经元之间的交流强度的药物测试了他们的方法。他们发现,这种干扰对蚊子视紫红质同样有效,并且更加稳定。

不仅如此:与影响大脑多个部位且难以控制的传统药物不同,研究人员发现,由于只有产生蚊式传感器的神经元受到光的影响,因此可以精确地控制对大脑突触的调节作用。在时空上都可以-只需打开或关闭特定大脑区域的光即可。然后,他们通过使用它来阻止神经递质多巴胺仅在大脑一侧的释放来验证该新工具的实用性:用绿光照射表示蚊子视紫红质的半球导致这些行为的一侧偏向老鼠。换句话说,他们创建了一个精确,选择性和可控的工具。

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