光遗传学医学知识课件

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3.2 光遗传学工具导入机体途径
1.基因重组技术
2.病毒载体
主要应用为慢病毒
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3.3 光传导工具
✓ 离体实验：直接使用过滤光或发光二极 管照射即可。（线虫试验、细胞试验）
这些动物普遍具有发育和繁殖周期短、外 源基因整合较容易的特点，这样有利于导入光 敏蛋白基因并根据表达的状态进行筛选。
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4.光遗传学的研究与进展
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Channelrhodopsin (Kato et al., 2012)
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NpHR是一种受光脉冲控制的具有7次跨膜结构的选择性阴离子 通道蛋白，可以快速形成光电流，使细胞发生超极化反应。
Halorhodopsin (Kouyama etal., 2010)
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contents
1.光遗传学的研究历史 2.光遗传学的概念 3.光遗传学的研究内容 4.光遗传学的研究与进展
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记忆消除棒
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但是这些视蛋文档白仅供也参考，不不能是作为十科学全依据十，请美勿模仿，；如因有不此当之科处，学请联系家网站又或本开人删始除。寻找新一代的 光遗传学工具。研究人员注意到了这两种新的质子泵：
➢ 来自苏打盐红菌（Halorubrumsodomense，古细菌）的Arch蛋白 ➢ 来自油菜黑胫病真菌（Leptosphaeriamaculans）的Mac蛋白
戒瘾，抗抑郁，抗焦虑。。。
利用光遗传学技术，科学家们把光感蛋 白表达在小鼠的多巴胺能神经元上，然 后在小鼠执行某项任务（比如走到笼子 的一端的平台上）时给予光刺激使多巴 胺能神经元兴奋，从而使小鼠产生愉悦 感。实验表明经过训练后的小鼠会一次 次地去主动完成任务从而获得愉悦感的 奖励。 研究人员先将小鼠神经元改造得对光非 常敏感，然后通过植入的光纤，用蓝色 光照亮位于大脑杏仁核区域的一个特定 神经回路。杏仁核是大脑中应对恐惧、 侵略等基本情绪的核心部位，也是啮齿 类动物控制焦虑的部分。结果显示，这 些本来因恐惧而退缩到角落的小鼠开始 勇敢地探索周围的环境。
这两种分子相比传统的视蛋白具有三点明显的优势， ✓ 一是能形成更大的电流； ✓ 二是能自我恢复； ✓ 三是具有不同的颜色偏好性（Arch蛋白对黄色光敏感，Mac蛋白
对蓝色光敏感）。 新发现蛋白中的Mac蛋白在蓝光中能关闭神经元，在黄光中则
不能。在一种细胞中表达Mac蛋白而在另一细胞中表达对黄光敏 感的抑制蛋白，这样就能利用不同颜色的光线来针对性地抑制相 邻的神经元细胞了。
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3.1光遗传学工具
作为控制蛋白，用来调制活组织中靶细胞的 专一活动：
✓ 兴奋 ✓ 抑制
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在光遗传学试验中，研究人员能够在感兴趣的能调控电信号的靶 细胞上表达来自视蛋白的光学门控离子通道（lightgatedionchannels）
光真的可控大脑吗？
在电影《黑衣人》中，特工处理完外星人出没现场之 后都会掏出一个发光棒，让围观群众“往这儿看”， 然后强光一闪，围观者的短时记忆就被抹去，不再记 得见过奇怪外星生物的经历。
真的有这样的技术，能够用光来控制大脑吗？简短的 答案是，有。但是可能没有电影里表现的那么简单。
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比如视紫红质通道蛋白2（channelrhodopsin-2，ChR2）和嗜盐 菌紫质（halorhodopsin，NpHR）一类的视蛋白都已经成为了神 经生物学实验室中的常用蛋白。科学家可以分别利用蓝光和红光 来激活（去极化）或抑制（超极化）一系列的经过遗传改造的神 经元细胞。
ChR2是一种文档受仅供光参考脉，不冲能作为控科学制依据的，请具勿模有仿；如7有次不当跨之处膜，请结联系构网站的或本人非删除选。 择性阳 离子通道蛋白，可以快速形成光电流，使细胞发生去极化反 应。
✓ 体内实验：体内实验时主要使用激光， 利用光导纤维，研究人员可以精确地将 光导入动物体内，甚至是脑的任何部位 来开展研究。（动物）
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3.4 模式动物
光遗传学技术目前研究中比较常用的模式 动物主要有秀丽隐杆线虫、蝇、斑马鱼、小鼠、 大鼠和灵长类动物。
2.光遗传学的概念
光遗传学（optogenetics） 技术将光学技术与遗传学技 术相结合，灵感来自视觉通 路，最初主要用于神经科学 研究。
美国斯坦福科学家 Karl Deisseroth
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Nature Methods杂志评选出的2010年度研究方法—— 光遗传学（optogenetics）。
Nature Methods杂志在十周年之际推出了纪念特刊， 点评了在过去十年中对生物学研究影响最深的十大技 术，其中就包括光遗传学技术。
诺贝尔奖？
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3.光遗传学的研究内容
1.光遗传学工具 2.光遗传学工具导入机体途径 3.光传导工具 4.常用的模式动物
1.光遗传学的研究历史
➢ 电压门控通道：电极刺激 缺点：电极太粗糙，插入脑内给予电刺激会影 响到插入处的许多神经元，而且电信号也很难 精确地中止神经元的兴奋
➢ 化学门控通道：药物刺激 缺点：药物不够专一，而且反应要比神经活动 慢得多
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