雖然傳統(tǒng)的光遺傳學(xué)利用微生物光敏通道蛋白來控制神經(jīng)元的活動，在神經(jīng)科學(xué)研究中獲得了重大進展，但光纖植入大腦增加了一系列后備工作的負擔，從而限制了光遺傳學(xué)的應(yīng)用。

光探頭是必不可少的工具，通常在體內(nèi)應(yīng)用時需要侵入性的光纖植入，對臨床應(yīng)用和多個腦區(qū)的應(yīng)用是重大的限制。另一方面，化學(xué)遺傳學(xué)可以使用基因靶向結(jié)合的小分子調(diào)節(jié)腦神經(jīng)元的活動。雖然是一種小分子系統(tǒng)，注射遠比光纖植入帶來的創(chuàng)口小，但化學(xué)遺傳學(xué)方法有其自身的局限性，如反應(yīng)動力學(xué)上比較慢和G蛋白信號的依賴，這可能引起不必要的二次目標神經(jīng)元的影響。

結(jié)合光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)方法的獨特優(yōu)勢，可以為在大范圍的空間尺度建立對神經(jīng)回路的探提供前所未有的機遇。在1月5日在線發(fā)表的PNAS中，研究人員將光遺傳學(xué)探針和熒光素酶融合，在體外時底物存在時發(fā)出生物光激活神經(jīng)元，在體內(nèi)除了物理光可以由生物光控制神經(jīng)元的活性。這樣的融合蛋白，稱為luminopsins，可為實驗和臨床神經(jīng)科學(xué)提供無比的價值。

luminopsins熒光素酶和視蛋白的融合蛋白，允許在不同時間和空間，無論是體外或體內(nèi)生物光的激活，進行神經(jīng)元回路的探測。在以前對野生型Gaussia熒光素酶和光敏感通道蛋白融合的基礎(chǔ)上，在這篇研究中研究人員擴展了luminopsins，融合發(fā)出亮光的Gaussia熒光素酶不同變異體與光敏感通道蛋白來興奮神經(jīng)元（發(fā)光視蛋白，LMO）或質(zhì)子泵來抑制神經(jīng)元（抑制LMO，iLMO）。這些改進的LMOs可以在體外和體內(nèi)可靠地激活或抑制神經(jīng)元。在海馬電路區(qū)域回路表達改進的LMO，不僅能對海馬CA1區(qū)神經(jīng)元突觸活性的細時空分辨率進行定位，也可以在較大的時空尺度驅(qū)動興奮回路。此外，病毒介導(dǎo)的LMO或iLMD在體內(nèi)的黑質(zhì)表達不僅產(chǎn)生預(yù)期的對單元活動的雙向控制，也有針對全身注射熒光素酶底物回路行為的影響的反作用。

因此，雖然保持外部光源活化的能力，運用相同的視蛋白，實現(xiàn)非干擾的，化學(xué)遺傳的方法實現(xiàn)了無創(chuàng)，LMOs擴大了光遺傳學(xué)的使用，從而允許相同的探針在一定空間和時間尺度的范圍操縱神經(jīng)元活動。

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