光遗传学原理及运用

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目录光遗传学：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光遗传学遗传学光学光遗传学的定义和基本原理一、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光遗传学的定义和基本原理视蛋白：实现光开关的关键部分，它充当着离子通道或离子泵的角色盐视紫红质(NpHR)氯离子泵，氯离子内流，引起超极化通道视紫红质(ChR)阳离子内流，引起去极化Ⅱ型视蛋白(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。细菌视紫红质(BR)质子泵，质子外流，引起超极化光敏蛋白例子光敏蛋白工作原理动图光遗传学的基本操作光遗传学光源（激光/LED）光纤、跳线等病毒表达或转基因遗传操作光学控制操作操作步骤病毒表达病毒注射promoteropsin质粒AAV病毒病毒表达pAAV-hSyn-Con/FonhChR2(H134R)-EYFP-WPREpAAV-hSyn-eNpHR3.0-EYFPpAAV-CaMKIIa-eNpHR3.0-EYFPpAAV-CamKII-hChR2(T159C)-p2A-EYFP-WPREpAAV-hThy1-eArch3.0-EYFPpAAV-Ef1a-DIOhChR2(H134R)-EYFP-WPREpAAV-Ef1a-DIOeArch3.0-EYFPPromoter：广谱:Syn，Thy1特异：CamKII,ChAT,GFAP,c-FosCre/loxp系统：DIO+cretransgenicmice转基因Thy1-ChR2-eYFPai27,ai32,ai35,ai39Loxp-ChR2-mCherryLoxp-ChR2-eYFPLoxp-Arch-eYFPLoxp-NpHR-eYFPAi39+PV-cre光学操作LaserLED插芯套管光源控制器WaltherStoeckenius发现细菌视紫红蛋白KarlDeisseroth微生物视蛋白用于光操控KarlDeisseroth光操控用于哺乳动物光遗传学技术的应用得到飞速发展FDA已批准光遗传学治疗失明的临床试验1971200520072015光遗传学的发展2010光遗传学的发展图为2005年光遗传学第一次出现开始至今相关的论文数量（来自NatureNeuroscience，2015，18:1213-1225）研究和改造各种视蛋白研究神经回路和功能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。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。光遗传学的研究内容光遗传学的应用前景光遗传学的应用范围•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医学分子生物学神经生物学光遗传学的应用前景可以极大地缓解由慢性压力引起的抑郁样症状选择性激活VTA多巴胺神经元用相应视蛋白代替视网膜细胞视网膜出了问题用遗传光学的方法提高细胞活性病因是脑细胞退化植入运动神经元的拟胚神经损伤肢体功能障碍老年痴呆症部分眼疾抑郁症疾病用光遗传学的方法治疗疾病Polygon图案化照明系统Polygon400任性刺激形状编辑，多点、多波长同时刺激Polygon图案化照明系统操作实例安装简单方便DLP技术的工作原理应用实例FishellResearchGroupNewYork,NewYork,USA输入环路整合应用实例RiceUniversity,HoustonUniversityofWesternSydney,Australia亚细胞结构刺激