Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Оптогенетика (от греческого optikós  «видимый, видимый») чаще всего относится к биологической технике, которая включает использование света для управления нейронами , которые были генетически модифицированы для экспрессии светочувствительных ионных каналов . Таким образом, оптогенетика - это метод нейромодуляции, который использует комбинацию оптических и генетических методов для управления активностью отдельных нейронов в живой ткани, даже у свободно перемещающихся животных. [1] В некоторых случаях оптогенетика также относится к оптическому мониторингу нейрональной активности [1]и контроль биохимических путей в ненейронных клетках, [2] хотя эти исследования предшествовали использованию светочувствительных ионных каналов в нейронах. [3] [4] Поскольку оптогенетика используется некоторыми авторами для обозначения только оптического контроля активности генетически определенных нейронов, а не этих дополнительных исследовательских подходов, [5] [6] [7] термин оптогенетика является примером полисемии. .

Нейрональный контроль достигается с помощью оптогенетических исполнительных механизмов, таких как каналродопсин , галлородопсин и архаэродопсин , в то время как оптическая регистрация активности нейронов может быть сделана с помощью оптогенетических датчиков кальция ( GCaMPs ), высвобождения везикул ( синапто-pHluorin ), нейротрансмиттеров ( GluSnFR ) или мембранное напряжение (Квазары, ASAP, Архонты). [8] [9] Контроль (или запись) активности ограничен генетически определенными нейронами и осуществляется с помощью света пространственно-временным образом.

В 2010 году оптогенетика была выбрана «Методом года» во всех областях науки и техники междисциплинарным исследовательским журналом Nature Methods . [10] В то же время оптогенетика была освещена в статье «Прорывы десятилетия» в научно-исследовательском журнале Science . [11] [12] [7]

История [ править ]

В 1979 году Фрэнсис Крик предположил, что контролировать все клетки одного типа в мозге, оставляя другие более или менее неизменными, является настоящей проблемой для нейробиологии. Фрэнсис Крик предположил, что технология, использующая свет, может быть полезна для управления нейронной активностью с временной и пространственной точностью, но в то время не было техники, которая заставляла бы нейроны реагировать на свет.

К началу 1990-х годов Л. К. Кац и Э. Каллавей показали, что свет может высвобождать глутамат. [13] Heberle и Büldt в 1994 году уже показали функциональную гетерологичную экспрессию бактериородопсина для потока активируемых светом ионов в дрожжах. [14] Позже в 1995 году Георг Нагель и др. и Эрнст Бамберг попробовали гетерологичную экспрессию микробных родопсинов (также бактериородопсина, а также в ненейронной системе, ооцитах Xenopus) (Nagel et al., 1995, FEBS Lett.) и показали индуцированный светом ток.

Ранее использование света для активации нейронов проводили Ричард Форк , [15] , которые продемонстрировали лазерной активации нейронов в пределах неповрежденной ткани, хотя и не в генетически целенаправленным образом. О самом раннем генетически направленном методе, который использовал свет для контроля сенсибилизированных родопсином нейронов, было сообщено в январе 2002 года Борисом Земельманом и Геро Мизенбёком , которые использовали культивированные нейроны млекопитающих с родопсином дрозофилы . [16] В 2003 году Земельман и Мизенбёкразработали второй метод светозависимой активации нейронов, в котором одиночные ионотропные каналы TRPV1, TRPM8 и P2X2 управляются фотоклетками лигандов в ответ на свет. [17] Начиная с 2004 года, группы Крамера и Исакоффа разработали органические фотопереключатели или «обратимо заключенные» соединения в сотрудничестве с группой Траунера, которые могли взаимодействовать с генетически введенными ионными каналами. [18] [19] Методология TRPV1, хотя и без триггера освещения, впоследствии использовалась несколькими лабораториями для изменения кормления, передвижения и поведенческой устойчивости лабораторных животных. [20] [21] [22]Однако подходы на основе света для изменения нейрональной активности не применялись за пределами исходных лабораторий, вероятно, потому, что вскоре после этого был клонирован более простой в использовании каналродопсин. [23]

Питер Хегеманн , изучая световую реакцию зеленых водорослей в Регенсбургском университете, обнаружил фототоки, которые были слишком быстрыми, чтобы их можно было объяснить с помощью классических родопсинов животных, связанных с g-белками . [24] Объединившись с электрофизиологом Георгом Нагелем из Института Макса Планка во Франкфурте, они смогли продемонстрировать, что единственный ген водоросли Chlamydomonas производит большие фототоки при экспрессии в ооците лягушки. [25] Чтобы идентифицировать экспрессирующие клетки, они заменили цитоплазматический хвост белка водорослей флуоресцентным белком YFP , создав первый универсальный оптогенетический инструмент. [23]В статье 2003 года они заявили, что «экспрессия ChR2 в ооцитах или клетках млекопитающих может быть использована как мощный инструмент для увеличения цитоплазматической концентрации Ca2 + или деполяризации клеточной мембраны простым освещением».

Карл Дейссерот из отдела биоинженерии в Стэнфорде опубликовал страницы записной книжки с начала июля 2004 года своего первоначального эксперимента, показывающего световую активацию нейронов, экспрессирующих каналродопсин [26] ). В августе 2005 года Карла Деиссерота лаборатория «с , включая аспирант Ed Бойдена и Фэн Чжан опубликовал первую демонстрацию однокомпонентной оптогенетики системы, в нейронах (в сотрудничестве с Georg Nagel , [27] ) с использованием channelrhodopsin-2 (H134R) -eYFP построить от Нагеля и Хегеманна. [23]

Чжуо-Хуа Пань из Государственного университета Уэйна , занимаясь исследованиями восстановления зрения до слепоты, попробовал направить родопсин в ганглиозные клетки - нейроны в наших глазах, которые напрямую связаны с мозгом. Первое наблюдение Пэна оптической активации нейронов сетчатки с помощью каналродопсина было в августе 2004 г., по словам Пэна [28], через месяц после первоначального наблюдения Дейссерота. Действительно, трансфицированные нейроны становились электрически активными в ответ на свет, и в 2005 году Чжуо-Хуа Пань сообщил об успешной трансфекции канального родопсина in vivo в ганглиозные клетки сетчатки мышей и электрических ответах на фотостимуляцию в культуре срезов сетчатки [29].

В апреле 2005 года Сусана Лима и Мизенбёк сообщили о первом использовании генетически направленной фотостимуляции P2X2 для управления поведением животного. [30] Они показали, что фотостимуляция генетически ограниченных групп нейронов, таких как нейроны дофаминергической системы, вызвала характерные поведенческие изменения у плодовых мух.

В октябре 2005 года Линн Ландмессер и Стефан Херлитце также опубликовали данные об использовании каналроходпсина-2 для контроля нейрональной активности в культивируемых нейронах гиппокампа и цепях спинного мозга цыплят у интактных развивающихся эмбрионов. [31] Кроме того, они впервые представили родопсин позвоночных, рецептор, связанный с G-белком, в качестве инструмента для подавления нейрональной активности посредством рекрутирования внутриклеточных сигнальных путей также в нейронах гиппокампа и в интактном развивающемся курином эмбрионе. [31]

Группы Александра Готтшалка и Георга Нагеля создали первый мутант ChR2 (H134R) и первыми использовали канал родопсин-2 для управления нейрональной активностью у интактного животного, что показало, что двигательные паттерны у круглого червя Caenorhabditis elegans могут быть вызваны световой стимуляцией генетически избранные нейронные схемы (опубликовано в декабре 2005 г.). [32] У мышей контролируемая экспрессия оптогенетических инструментов часто достигается с помощью методов Cre / loxP, специфичных для клеточного типа, разработанных для нейробиологии Джо Цзянь еще в 1990-х годах [33] для активации или ингибирования определенных областей мозга и типов клеток. in vivo. [34]

В 2007 году лаборатории Эдварда Бойдена и Карла Дейссерота (вместе с группами Александра Готтшалка и Георга Нагеля ) одновременно сообщили об успешном оптогенетическом подавлении активности нейронов. [35] [36]

В 2007 году группа Георга Нагеля и группа Петера Хегеманна начали оптогенетические манипуляции с цАМФ. [37] В 2014 году Авелар и др. сообщили о первом гене родопсин-гуанилилциклазы из грибов. В 2015 году Scheib et al. и Gao et al. характеризует активность гена родопсин-гуанилциклазы. И Shiqiang Gao et al. и Георг Нагель , Александр Готтшалк идентифицировали его как первый фермент 8 TM родопсин. [38]

До разработки оптогенных исполнительных механизмов были разработаны оптогенетические сенсоры активности, например, генетически кодируемые индикаторы кальция (GECI). Первым GECI, который был использован для изображения активности животных, был камелеон , разработанный Ацуши Мияваки, Роджером Циеном и его коллегами в 1997 году. [4] Камелеон был впервые успешно использован на животных Рексом Керром, Уильямом Шафер и сотрудниками для записи с нейронов. и мышечные клетки нематоды C. elegans . [39] Камелеон впоследствии использовался для регистрации нервной активности у мух [40] и рыбок данио. [41] У млекопитающих первым GECI, который был использован in vivo, был GCaMP ,[42] впервые был разработан Накаи и его коллегами. [43] GCaMP претерпел множество улучшений, и GCaMP6 [44], в частности, стал широко использоваться в нейробиологии.

Награды [ править ]

Мощное влияние оптогенетических технологий на исследования мозга было отмечено многочисленными наградами, присуждаемыми ключевыми игроками в этой области.

В 2010 году Георг Нагель , Петер Хегеманн и Эрнст Бамберг были удостоены премии Вили в области биомедицинских наук . [45] Георг Нагель , Петер Хегеманн и Эрнст Бамберг также были награждены премией Карла Хайнца Бекурта в 2010 году. [46] В 2010 году Дайссерот был награжден первой премией HFSP Nakasone Award «за новаторскую работу по развитию оптогенетических методов изучения функция нейронных сетей, лежащая в основе поведения ". [47]

В 2012 году Георг Нагель , Петер Хегеманн, Эрнст Бамберг и Дайссерот были удостоены Цюльхской премии. В 2012 году Мизенбёк была удостоена премии Байе Латура в области здравоохранения за «новаторские оптогенетические подходы к управлению нейрональной активностью и контролю поведения животных». [48]

В 2013 году Нагель и Петер Хегеманн были удостоены премии Луи-Жанте в области медицины . [49] В 2013 году Бамберг, Бойден, Дейссерот, Хегеманн, Мизенбек и Нагель были удостоены премии Brain Prize за «свое изобретение и усовершенствование оптогенетики». [50] [51]

В 2017 году Дайссерот был награжден премией Else Kröner Fresenius Research Prize 2017 за «свои открытия в оптогенетике и химии гидрогелевых тканей». Дайссерот был назван лауреатом Киотской премии 2018 г. «за развитие оптогенетики и нейробиологии причинных систем» [52] и премии Heineken в области медицины 2020 г. от Королевской нидерландской академии искусств и наук за развитие оптогенетики. [53]

В 2019 году Эрнст Бамберг , Георг Нагель , Эд Бойден , Карл Дейссерот , Петер Хегеманн и Геро Мизенбек были удостоены премии Рамфорда за «выдающийся вклад в изобретение и усовершенствование оптогенетики». [54] В 2020 году Мизенбёк, Хегеманн и Георг Нагель совместно получили премию Шоу в области наук о жизни и медицине за «развитие оптогенетики».

Описание [ править ]

Рис. 1. Каналродопсин-2 (ChR2) индуцирует временно точную управляемую синим светом активность в предлимбических префронтальных кортикальных нейронах крыс. a) Схема in vitro (слева), показывающая доставку синего света и регистрацию с помощью заплатки-зажима целых клеток вызванной светом активности флуоресцентного пирамидного нейрона, экспрессирующего CaMKllα :: ChR2-EYFP (справа) в остром срезе головного мозга. б) Схема in vivo (слева), показывающая доставку синего света (473 нм) и единичную запись. (внизу слева) Коронарный срез головного мозга, демонстрирующий экспрессию CaMKllα :: ChR2-EYFP в предлимбической области. Голубая стрелка показывает конец оптического волокна; черная стрелка показывает кончик записывающего электрода (слева). Белая полоса, 100  мкм . (внизу справа) In vivoсветовая запись нейрона префронтальной коры у трансдуцированной CaMKllα :: ChR2-EYFP крысы, показывающая вызванный светом всплеск с доставкой импульсов синего света с частотой 20 Гц (справа). Врезка: репрезентативная реакция единственной единицы, вызванная светом. [55]
Рис 2 . Галородопсин (NpHR) быстро и обратимо подавляет спонтанную активность in vivo в предлимбической префронтальной коре головного мозга крыс. (Вверху слева) Схема, показывающая доставку зеленого (532 нм) света in vivo и единичную запись спонтанно активного пирамидного нейрона, экспрессирующего CaMKllα :: eNpHR3.0-EYFP. (Справа) Пример графика, показывающий, что непрерывное освещение 532 нм ингибирует единичную активность in vivo . Врезка: репрезентативное единичное событие; Зеленая полоса, 10 секунд. [55]
Воспроизвести медиа
Нематода, экспрессирующая светочувствительный ионный канал Mac. Mac представляет собой протонную помпу, первоначально выделенную у гриба Leptosphaeria maculans и теперь экспрессирующуюся в мышечных клетках C. elegans, которая открывается в ответ на зеленый свет и вызывает гиперполяризационное торможение. Следует отметить увеличение длины тела, которому червь подвергается каждый раз, когда он подвергается воздействию зеленого света, что предположительно вызвано миорелаксирующим действием Мака. [56]
Воспроизвести медиа
Нематода, экспрессирующая ChR2 в своей косо-косой мышечной группе, отвечающая на стимуляцию синим светом. Стимуляция синим светом заставляет косо-губчатые мышцы многократно сокращаться, вызывая повторяющиеся толчки спикулы , как это было бы естественно во время совокупления. [57]

Оптогенетика обеспечивает точность во времени в миллисекундном масштабе, что позволяет экспериментатору идти в ногу с быстрой обработкой биологической информации (например, при исследовании причинной роли определенных паттернов потенциала действия в определенных нейронах). Действительно, чтобы исследовать нейронный код, оптогенетика по определению должна работать в миллисекундной шкале времени, чтобы можно было добавлять или удалять точные паттерны активности в определенных клетках мозга интактных животных, включая млекопитающих (см. Рисунок 1).. Для сравнения, временная точность традиционных генетических манипуляций (используемых для исследования причинной роли определенных генов в клетках посредством «потери функции» или «усиления функции» изменений в этих генах) довольно медленная, от часов или дней. до месяцев. В оптогенетике также важно иметь быстрые считывания, которые могут идти в ногу с оптическим контролем. Это может быть сделано с помощью электрических записей («оптродов») или с помощью репортерных белков, которые являются биосенсорами , где ученые объединили флуоресцентные белки с детекторными белками. Примером этого является чувствительный к напряжению флуоресцентный белок (VSFP2). [58]Кроме того, помимо своего научного воздействия, оптогенетика представляет собой важный пример ценности как сохранения окружающей среды (поскольку многие ключевые инструменты оптогенетики возникают из микробных организмов, занимающих специализированные экологические ниши), так и важности чистой фундаментальной науки, поскольку эти опсины были на протяжении десятилетий изучались биофизиками и микробиологами ради самих себя, без учета их потенциальной ценности для понимания нейробиологии и нейропсихиатрических заболеваний. [59]

Белки, активируемые светом: каналы, насосы и ферменты

Таким образом, отличительной чертой оптогенетики является введение быстро активируемых светом каналов, насосов и ферментов, которые позволяют точно во времени манипулировать электрическими и биохимическими событиями, сохраняя при этом разрешение клеточного типа за счет использования определенных механизмов нацеливания. Среди микробных опсинов, которые можно использовать для исследования функции нервных систем, есть родопсины каналов (ChR2, ChR1, VChR1 и SFO) для возбуждения нейронов и анион-проводящие канальные родопсины для индуцированного светом ингибирования. Недавно были созданы калиевые каналы с косвенным контролем света, чтобы предотвратить генерацию потенциала действия в нейронах во время освещения синим светом. [60] [61]Ионные насосы, управляемые светом, также используются для подавления нейрональной активности, например, галлородопсин (NpHR), [62] усиленные галлородопсины (eNpHR2.0 и eNpHR3.0, см. Рис. 2), [63] архаэродопсин (Arch), грибковые опсины (Mac ) и усиленный бактериородопсин (eBR). [64]

Теперь также возможен оптогенетический контроль четко определенных биохимических явлений у ведущих поведение млекопитающих. Основываясь на предшествующей работе по слиянию опсинов позвоночных со специфическими рецепторами, связанными с G-белком [65], было создано семейство химерных однокомпонентных оптогенетических инструментов, которые позволили исследователям манипулировать внутри ведущих млекопитающих концентрацией определенных внутриклеточных мессенджеров, таких как цАМФ и IP3, в клетках-мишенях. . [66] Вскоре после этого последовали и другие биохимические подходы к оптогенетике (особенно с инструментами, показывающими низкую активность в темноте), когда в культивируемых клетках был достигнут оптический контроль над небольшими ГТФазами и аденилатциклазой с использованием новых стратегий из нескольких различных лабораторий. [67][68] [69] Фотоактивированные аденилатциклазы были обнаружены в грибах и успешно использованы для контроля уровня цАМФ в нейронах млекопитающих. [70] [71] Этот новый репертуар оптогенетических исполнительных механизмов теперь позволяет специфично клеточному типу и точно во времени управлять множеством осей клеточной функции у интактных животных. [72]

Оборудование для легкого применения

Другой необходимый фактор - это оборудование (например, интегрированные оптоволоконные и твердотельные источники света), позволяющее контролировать определенные типы клеток, даже глубоко внутри мозга, у свободно ведущих животных. Чаще всего последнее в настоящее время достигается с помощью технологии волоконно-оптических диодов, представленных в 2007 г. [73] [74] [75], хотя, чтобы избежать использования имплантированных электродов, исследователи разработали способы вписать «окно» из диоксида циркония, которое был модифицирован, чтобы быть прозрачным и имплантированным в черепа мышей, чтобы позволить оптическим волнам проникать более глубоко для стимуляции или подавления отдельных нейронов. [76] Для стимуляции поверхностных участков мозга, таких как кора головного мозга, оптические волокна или светодиоды.может быть установлен непосредственно на череп животного. Для доставки света в более глубокие области мозга использовались более глубоко имплантированные оптические волокна. В дополнение к оптоволоконным подходам были разработаны полностью беспроводные методы, использующие беспроводную передачу питания на головные светодиоды для беспрепятственного изучения сложного поведения свободно ведущих организмов. [77] Недавний прогресс в исследовании использования органических светодиодов (OLED) в качестве стимулов для оптогенетики. [78] Точная и контролируемая стимуляция нейронов, экспрессирующих микробный опсин, была продемонстрирована in vitro в масштабе времени порядка миллисекунды. Работа в импульсном режиме позволяет стимулировать нервную систему при приемлемой низкой температуре. Кроме того, органические светодиоды (OLED) подходят для имплантации в мозг из-за их очень тонкой толщины, которая может составлять менее 1 мкм. [78]

Выражение оптогенетических актуаторов

Оптогенетика также обязательно включает разработку генетических стратегий нацеливания, таких как клеточно-специфические промоторы или другие настраиваемые условно-активные вирусы, для доставки светочувствительных зондов к конкретным популяциям нейронов в головном мозге живых животных (например, червей, плодовых мушек, мышей , крысы и обезьяны). У беспозвоночных, таких как черви и дрозофилы, некоторое количество полностью трансретинальных (ATR) дополняется пищей. Ключевым преимуществом микробных опсинов, как отмечалось выше, является то, что они полностью функциональны без добавления экзогенных кофакторов у позвоночных. [75]

Техника [ править ]

Три основных компонента в применении оптогенетики следующие: (A) Идентификация или синтез светочувствительного белка (опсина), такого как каналродопсин-2 (ChR2), галлородопсин (NpHR) и т. Д. (B) Дизайн система для введения генетического материала, содержащего опсин, в клетки для экспрессии белка, такая как применение Cre-рекомбиназы или аденоассоциированного вируса (C) со светоизлучающими инструментами. [79]

Техника использования оптогенетики гибка и адаптируется к потребностям экспериментатора. Во-первых, экспериментаторы генетически конструируют микробный опсин на основе стробирующих свойств (скорость возбудимости, рефрактерный период и т. Д.), Необходимых для эксперимента.

Существует проблема введения микробного опсина, оптогенетического исполнительного механизма, в конкретную область рассматриваемого организма. Элементарный подход заключается во введении сконструированного вирусного вектора, который содержит оптогенетический исполнительный ген, присоединенный к узнаваемому промотору, такому как CAMKIIα . Это обеспечивает определенный уровень специфичности, поскольку клетки, которые уже содержат и могут транслировать данный промотор, будут инфицированы вирусным вектором и, надеюсь, экспрессируют ген оптогенетического активатора.

Другой подход - создание трансгенных мышей, в которых оптогенетический исполнительный ген вводится в зиготы мышей с заданным промотором, чаще всего Thy1 . Внедрение оптогенетического привода на ранней стадии позволяет встраивать более крупный генетический код и, как следствие, увеличивает специфичность инфицированных клеток.

Третий и довольно новый подход, который был разработан, - это создание трансгенных мышей с Cre-рекомбиназой , ферментом, который катализирует рекомбинацию между двумя сайтами lox-P. Затем путем введения сконструированного вирусного вектора, содержащего оптогенетический исполнительный ген, между двумя сайтами lox-P, только клетки, содержащие рекомбиназу Cre, будут экспрессировать микробный опсин. Этот последний метод позволил использовать несколько модифицированных оптогенетических исполнительных механизмов без необходимости создавать целую линию трансгенных животных каждый раз, когда требуется новый микробный опсин.

После введения и экспрессии микробного опсина, в зависимости от типа выполняемого анализа, свет может быть направлен на концевые концы или основную область, где расположены инфицированные клетки. Световая стимуляция может выполняться с помощью широкого набора инструментов, включая светодиоды (LED) или твердотельный лазер с диодной накачкой (DPSS). Эти источники света обычно подключаются к компьютеру через оптоволоконный кабель. Недавние достижения включают в себя появление беспроводных головных устройств, которые также применяют светодиоды в целевых областях и, как следствие, дают животным большую свободу передвижения для воспроизведения результатов in vivo . [80] [81]

Проблемы [ править ]

По мнению Дуга Тишера и Ориона Д. Вайнера из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, оптогенетика, которая уже является мощным научным инструментом, должна рассматриваться как « GFP первого поколения » из-за ее огромного потенциала как для использования, так и для оптимизации. [82] С учетом сказанного, нынешний подход к оптогенетике ограничен в первую очередь своей универсальностью. Даже в области нейробиологии, где она наиболее эффективна, эта техника менее надежна на субклеточном уровне. [83] Дальнейшие вопросы возникают из-за пространственного отклика на уровне нейронных сетей.

Выборочное выражение [ править ]

Одна из основных проблем оптогенетики состоит в том, что не все рассматриваемые клетки могут экспрессировать микробный ген опсина на одном и том же уровне. Таким образом, даже освещение с определенной интенсивностью света будет иметь различное воздействие на отдельные клетки. Оптогенетическая стимуляция нейронов в головном мозге еще менее контролируется, поскольку интенсивность света экспоненциально падает от источника света (например, имплантированного оптического волокна).

Более того, математическое моделирование показывает, что избирательная экспрессия опсина в определенных типах клеток может резко изменить динамическое поведение нейронных цепей. В частности, оптогенетическая стимуляция, которая преимущественно нацелена на ингибирующие клетки, может преобразовать возбудимость нервной ткани от типа 1, где нейроны действуют как интеграторы, до типа 2, где нейроны работают как резонаторы. [84] Возбудимые среды типа 1 поддерживают распространяющиеся волны активности, тогда как возбудимые среды типа 2 - нет. Переход от одного к другому объясняет, как постоянная оптическая стимуляция моторной коры приматов вызывает колебания гамма-диапазона (40–80 Гц) в манере возбудимой среды 2 типа. Тем не менее, те же самые колебания распространяются далеко в окружающие ткани, как возбудимая среда 1-го типа.[85]

Тем не менее, остается трудным нацелить опсин на определенные субклеточные компартменты, например плазматическую мембрану, синаптические пузырьки или митохондрии. [63] [83] Ограничение опсина определенными областями плазматической мембраны, такими как дендриты , соматы или терминалы аксонов, могло бы обеспечить более надежное понимание нейронных цепей. [83]

Кинетика и синхронизация [ править ]

Проблема с каналом родопсина-2 заключается в том, что его управляющие свойства не имитируют катионные каналы in vivo корковых нейронов. Решением этой проблемы с кинетическим свойством белка является введение вариантов канального родопсина-2 с более благоприятной кинетикой. [55] [56]

Еще одним ограничением метода является то, что световая стимуляция вызывает синхронную активацию инфицированных клеток, и это устраняет любые индивидуальные свойства активации клеток среди затронутой популяции. Следовательно, трудно понять, как клетки в затронутой популяции взаимодействуют друг с другом или как их фазовые свойства активации могут быть связаны с наблюдаемой схемой.

Оптогенетическая активация была объединена с функциональной магнитно-резонансной томографией (МРТ), чтобы выяснить коннектом , детальную карту нейронных связей мозга. Однако результаты ограничены общими свойствами фМРТ . [83] [86] Показаниям этой процедуры нейровизуализации не хватает пространственного и временного разрешения, необходимого для изучения плотно упакованных и быстро запускаемых нейронных цепей. [86]

Спектр поглощения света [ править ]

Белки опсина, используемые в настоящее время, имеют пики поглощения во всем видимом спектре, но остаются в значительной степени чувствительными к синему свету. [83] Это спектральное перекрытие очень затрудняет объединение активации опсина с генетически кодируемыми индикаторами ( GEVI , GECI , GluSnFR , синапто-pHluorin ), большинство из которых нуждается в возбуждении синим светом. Опсины с инфракрасной активацией при стандартном значении освещенности увеличивают проникновение света и увеличивают разрешение за счет уменьшения светорассеяния.

Дополнительные данные показывают, что спектры поглощения органических красителей и флуоресцентных белков, используемых в оптогенетических приложениях, простираются от примерно 250 нм до примерно 600 нм. Конкретные органические соединения, используемые в дискретных частях этого диапазона, включают: сетчатку, флавины, фолаты, п-кумаровую кислоту, фитохромные хромофоты, кобаламины и по крайней мере шесть флуоресцентных белков, включая mOrange и mCherry. [87]

Пространственный отклик [ править ]

Использование узкого гауссова светового луча для стимуляции нейронов в участке нервной ткани может вызвать профиль ответа, который намного шире, чем профиль стимуляции. [88] В этом случае нейроны могут быть активированы (или подавлены) непреднамеренно. Существуют инструменты компьютерного моделирования [89] [90], которые могут помочь противостоять этому, оценивая влияние оптогенетической стимуляции перед проведением экспериментов.

Приложения [ править ]

Область оптогенетики способствовала фундаментальному научному пониманию того, как определенные типы клеток способствуют функционированию биологических тканей, таких как нервные цепи, in vivo (см. Ссылки из научной литературы ниже). Более того, с клинической точки зрения, оптогенетические исследования привели к пониманию болезни Паркинсона [91] [92] и других неврологических и психических расстройств. Действительно, статьи по оптогенетике в 2009 году также предоставили понимание нейронных кодов, относящихся к аутизму , шизофрении , злоупотреблению наркотиками , тревоге и депрессии . [64] [93] [94] [95]

Идентификация конкретных нейронов и сетей [ править ]

Миндалевидное тело [ править ]

Оптогенетические подходы использовались для картирования нейронных цепей в миндалине, которые способствуют формированию страха . [96] [97] [98] [99] Одним из таких примеров нейронной цепи является соединение базолатеральной миндалины с дорсально-медиальной префронтальной корой, где наблюдались нейронные колебания с частотой 4 Гц в корреляции с вызываемым страхом замораживанием. у мышей. Трансгенным мышам вводили канал родопозин-2, присоединенный к парвальбумину.-Cre промотор, который избирательно инфицировал интернейроны, расположенные как в базолатеральной миндалине, так и в дорсально-медиальной префронтальной коре, ответственной за колебания 4 Гц. Интернейроны были оптически стимулированы, вызывая замораживание, и в результате были получены доказательства того, что эти колебания 4 Гц могут быть ответственны за базовую реакцию страха, производимую популяциями нейронов вдоль дорсально-медиальной префронтальной коры и базолатеральной миндалины. [100]

Обонятельная луковица [ править ]

Оптогенетическая активация обонятельных сенсорных нейронов имела решающее значение для демонстрации времени обработки запаха [101] и для механизма нейромодуляторно-опосредованного обонятельного поведения (например, агрессия , спаривание ) [102]. Кроме того, с помощью оптогенетики были воспроизведены доказательства, чтобы показать что «остаточное изображение» запахов сконцентрировано в большей степени вокруг обонятельной луковицы, а не на периферии, где будут располагаться нейроны обонятельных рецепторов. Трансгенных мышей, инфицированных канальным родопсином Thy1-ChR2, стимулировали лазером с длиной волны 473 нм, транскраниально расположенным над дорсальной частью обонятельной луковицы. Более длительная фотостимуляция митрального клапанаклетки в обонятельной луковице привели к наблюдениям за более длительной нейрональной активностью в этом регионе после прекращения фотостимуляции, что означает, что обонятельная сенсорная система способна претерпевать долгосрочные изменения и распознавать различия между старыми и новыми запахами. [103]

Nucleus accumbens [ править ]

Оптогенетика, свободно двигающееся поведение млекопитающих, в естественных условиях электрофизиологии и срез физиологии была интегрировано зондировать холинергические интернейроны из прилежащего ядра путем прямым возбуждением или торможением. Несмотря на то, что они составляют менее 1% от общей популяции прилежащих нейронов, эти холинергические клетки способны контролировать активность дофаминергических окончаний, которые иннервируют средние шиповатые нейроны (MSN) в прилежащем ядре. [104] Эти аккумбальные MSN, как известно, участвуют в нервном пути, по которому кокаиноказывает свое влияние, поскольку было показано, что уменьшение вызванных кокаином изменений активности этих нейронов подавляет обусловливание кокаином . Немногочисленные холинергические нейроны, присутствующие в прилежащем ядре, могут оказаться жизнеспособными мишенями для фармакотерапии при лечении кокаиновой зависимости [64].

Префронтальная кора [ править ]

Клетки для крыс, оснащенные коммутаторами с оптогенетическим светодиодом, которые позволяют in vivo изучать поведение животных при оптогенетической стимуляции.

Записи in vivo и in vitro отдельных пирамидных нейронов, экспрессирующих CAMKII AAV-ChR2 в префронтальной коре, продемонстрировали высокую точность вывода потенциала действия с короткими импульсами синего света с частотой 20 Гц ( рис. 1 ). [55]

Моторная кора

Повторная оптогенетическая стимуляция in vivo у здоровых животных могла в конечном итоге вызывать судороги. [105] Эта модель получила название оптозжигания.

Сердце [ править ]

Оптогенетика была применена к кардиомиоцитам предсердий, чтобы положить конец спирально-волновым аритмиям , возникающим при фибрилляции предсердий , с помощью света. [106] Этот метод все еще находится в стадии разработки. В недавнем исследовании изучались возможности оптогенетики как метода коррекции аритмии и ресинхронизации кардиостимуляции. В исследовании вводили канал родопсин-2 в кардиомиоциты в желудочковых областях сердца трансгенных мышей и проводили in vitro.исследования фотостимуляции на мышах как с открытой, так и с закрытой полостью. Фотостимуляция привела к повышенной активации клеток и, следовательно, к увеличению сокращений желудочков, что привело к увеличению частоты сердечных сокращений. Кроме того, этот подход был применен в сердечной ресинхронизирующей терапии ( CRT ) в качестве нового биологического водителя ритма в качестве замены CRT на основе электродов. [107] В последнее время оптогенетика использовалась в сердце для дефибрилляции желудочковых аритмий с локальным эпикардиальным освещением, [108] генерализованным освещением всего сердца [109] или с индивидуальными моделями стимуляции, основанными на аритмогенных механизмах, с целью снижения энергии дефибрилляции. [110]

Спиральный узел [ править ]

Оптогенетическая стимуляция спирального ганглия у глухих мышей восстанавливала слуховую активность. [111] Оптогенетическое применение в области улитки позволяет стимулировать или ингибировать спиральные ганглиозные клетки (SGN). Кроме того, из-за характеристик потенциалов покоя SGN были использованы различные варианты протеина канала родопсин-2, такие как Chronos, [112] CatCh и f-Chrimson. [113]Варианты Chronos и CatCh особенно полезны тем, что в деактивированных состояниях они проводят меньше времени, что обеспечивает большую активность с меньшим количеством вспышек синего света. Кроме того, использование специально разработанных каналов с красным смещением в качестве f-Chrimson позволяет проводить стимуляцию с использованием более длинных волн, что снижает потенциальные риски фототоксичности в долгосрочной перспективе без ущерба для скорости стробирования. [114] В результате светодиод, излучающий свет, потребует меньше энергии, и идея кохлеарного протезирования в сочетании с фотостимуляцией станет более осуществимой. [115]

Ствол мозга [ править ]

Оптогенетическая стимуляция модифицированного возбудимого канала родопсина красного света (ReaChR), экспрессируемого в лицевом двигательном ядре, позволила минимально инвазивную активацию мотонейронов, эффективно управляющих движениями усов у мышей. [116] В одном новом исследовании использовалась оптогенетика на дорсальном ядре рафа для активации и ингибирования дофаминергического высвобождения в вентральной тегментальной области. Для активации трансгенных мышей инфицировали каналом родопсина-2 с промотором TH-Cre и для подавления гиперполяризации.опсин NpHR добавляли к промотору TH-Cre. Результаты показали, что оптически активируемые дофаминергические нейроны приводили к увеличению социальных взаимодействий, а их ингибирование уменьшало потребность в социализации только после периода изоляции. [117]

Визуальная система [ править ]

Изучение зрительной системы с помощью оптогенетики может быть сложной задачей. Действительно, свет, используемый для оптогенетического контроля, может привести к активации фоторецепторов в результате близости между первичными зрительными цепями и этими фоторецепторами. В этом случае трудно достичь пространственной избирательности (особенно в случае оптического лепестка мухи). Таким образом, исследование зрительной системы требует спектрального разделения с использованием каналов , которые активируются световыми волнами, отличными от родопсинов, в фоторецепторах (пиковая активация при 480 нм для родопсина 1 у дрозофилы ). Красный смещенный CsChrimson [118] или бистабильный каналродопсин [119] используются для оптогенетической активации нейронов (т.е.деполяризация ), поскольку оба позволяют спектральное разделение. Чтобы добиться подавления нейронов (т.е. гиперполяризации ), в криптофитных водорослях вида Guillardia theta (названном GtACR1) был обнаружен анионный канал родопсин. [120]может быть использован. GtACR1 более чувствителен к свету, чем другие ингибирующие каналы, такие как класс хлоридных насосов Halorhodopsin, и обеспечивает высокую проводимость. Поскольку его пик активации (515 нм) близок к пику активации родопсина 1, необходимо тщательно откалибровать оптогенетическое освещение, а также визуальный стимул. Факторами, которые следует учитывать, являются длина волны оптогенетического освещения (возможно, выше, чем пик активации GtACR1), размер стимула (чтобы избежать активации каналов светом стимула) и интенсивность оптогенетического излучения. освещение. Было показано, что GtACR1 может быть полезным ингибирующим инструментом в оптогенетическом исследовании зрительной системы Drosophila путем подавления экспрессии нейронов T4 / T5. [121]Эти исследования также можно проводить на интактных животных, ведущих себя, например, для определения оптомоторной реакции .

Точный временной контроль вмешательств [ править ]

Доступные в настоящее время оптогенетические исполнительные механизмы позволяют точно контролировать необходимое вмешательство (то есть ингибирование или возбуждение нейронов-мишеней) во времени с точностью, обычно снижающейся до миллисекундного уровня. [122] Однако временная точность варьируется в зависимости от оптогенетических приводов, [123] и зависит от частоты и интенсивности стимуляции. [88]

Теперь можно разработать эксперименты, в которых свет, используемый для вмешательства, запускается определенным элементом поведения (для подавления поведения), определенным безусловным стимулом (чтобы что-то связать с этим стимулом) или определенным колебательным событием в мозге (чтобы подавить событие). Такой подход уже использовался в нескольких областях мозга:

Гиппокамп [ править ]

Острые волны и комплексы ряби (SWR) - это отдельные высокочастотные колебательные события в гиппокампе, которые, как считается, играют роль в формировании и консолидации памяти. Эти события можно легко обнаружить, проследив за колебательными циклами записываемого в реальном времени потенциала локального поля . Таким образом, начало события может быть использовано в качестве триггерного сигнала для световой вспышки, которая направляется обратно в гиппокамп для подавления нейронов, особенно во время КСВ, а также для оптогенетического подавления самих колебаний. [124] Подобные эксперименты с «замкнутым циклом» полезны для изучения комплексов КСВ и их роли в памяти.

Клеточная биология / клеточные сигнальные пути [ править ]

Воспроизвести медиа
Оптогенетический контроль клеточных сил и индукция механотрансдукции. [125] Изображенные клетки получают изображение в течение часа одновременно с синим светом, который пульсирует каждые 60 секунд. Это также обозначается миганием синей точки на изображении. Клетка расслабляется в течение часа без активации света, а затем этот цикл повторяется снова. Квадратная вставка увеличивает ядро ​​клетки.

Аналогично тому, как естественные светозащитные ионные каналы, такие как канал родопсин-2, позволяют оптически контролировать поток ионов, что особенно полезно в нейробиологии, белки передачи сигналов, контролируемые естественным светом, также позволяют оптически контролировать биохимические пути, включая как генерацию вторичных мессенджеров, так и белок-белковые взаимодействия, что особенно полезно при изучении клеточной биологии и биологии развития. [126] В 2002 году был продемонстрирован первый пример использования фотопротеинов из другого организма для контроля биохимического пути с использованием индуцированного светом взаимодействия между фитохромом растений и фитохром-взаимодействующим фактором (PIF) для контроля транскрипции генов в дрожжах. [3]Путем слияния фитохрома с ДНК-связывающим доменом и PIF с доменом активации транскрипции активация транскрипции генов, распознаваемых ДНК-связывающим доменом, может быть индуцирована светом. [3] Это исследование предвосхитило аспекты более позднего развития оптогенетики в головном мозге, например, предположив, что «направленная доставка света с помощью волоконной оптики имеет потенциал нацеливаться на выбранные клетки или ткани, даже в более крупных и непрозрачных организмах». [3] В литературе нет единого мнения относительно того, следует ли включать контроль клеточной биохимии с помощью фотопротеинов в определение оптогенетики, поскольку оптогенетика в общепринятом смысле относится конкретно к контролю возбуждения нейронов с помощью опсинов [5] [6] [7 ]. ] [127]и как контроль нейронального возбуждения с опсинами постдатами и использует механизмы, отличные от контроля клеточной биохимии с помощью фотопротеинов. [126]

Фоточувствительные белки, используемые в различных сигнальных путях клетки [ править ]

В дополнение к фитохромам, которые обнаружены в растениях и цианобактериях, LOV-домены ( светочувствительный домен -кислород-напряжение ) из растений и дрожжевые и криптохромные домены из растений являются другими естественными фотосенсорными доменами, которые использовались для оптического контроля биохимических путей в организме человека. клетки. [128] [126] Кроме того, из флуоресцентного белка Dronpa был создан синтетический фотосенсорный домен для оптического контроля биохимических путей. [126]В фотосенсорных доменах поглощение света связано либо с изменением белок-белковых взаимодействий (в случае фитохромов, некоторых LOV-доменов, криптохромов и мутантов Dronpa), либо с конформационным изменением, которое обнажает связанный сегмент белка или изменяет активность белка. связанный домен белка (в случае фитохромов и некоторых доменов LOV). [126] Затем можно использовать регулируемые светом белок-белковые взаимодействия для рекрутирования белков в ДНК, например, для индукции транскрипции генов или модификаций ДНК, или в плазматическую мембрану, например, для активации резидентных сигнальных белков. [125] [129] [130] [131] [132] [133]CRY2 также кластеризуется, когда активен, поэтому был слит с сигнальными доменами и впоследствии фотоактивирован, чтобы сделать возможным активацию на основе кластеризации. [134] Домен LOV2 Avena sativa ( овсянка обыкновенная) использовали для экспонирования коротких пептидов или активного белкового домена светозависимым образом. [135] [136] [137] Введение этого домена LOV в другой белок может регулировать функцию через индуцированное светом пептидное нарушение. [138] Белок asLOV2, который оптогенетически экспонирует пептид, также использовался в качестве каркаса для нескольких синтетических систем димеризации, индуцированной светом, и индуцированной светом диссоциации (iLID и LOVTRAP, соответственно). [139] [140]Системы могут использоваться для контроля белков с помощью стратегии расщепления белков. [141] Фотодиссоциируемые домены Dronpa также использовались для фиксации активного сайта белка в темноте, извлечения его из клетки после освещения голубым светом и восстановления его после освещения фиолетовым светом. [142]

Временной контроль передачи сигнала с помощью света [ править ]

Возможность оптического управления сигналами в течение различных периодов времени изучается, чтобы выяснить, как сигнальные пути клетки преобразуют длительность сигнала и реакцию на различные выходы. [82] Естественные сигнальные каскады способны реагировать разными выходными сигналами на различия в длительности и динамике стимулов. [143] Например, обработка клеток PC12 эпидермальным фактором роста (EGF, индуцирующий переходный профиль активности ERK) приводит к клеточной пролиферации, тогда как введение фактора роста нервов (NGF, индуцирующего устойчивый профиль активности ERK) приводит к дифференцировке в нейрон -подобные клетки. [144] Это поведение первоначально было охарактеризовано с использованием приложений EGF и NGF, но результаты были частично воспроизведены с помощью оптических входов.[145] Кроме того, была обнаружена быстрая петля отрицательной обратной связи в пути RAF-MEK-ERK с использованием пульсирующей активации светопереключаемого RAF, сконструированного с фотодиссоциативными доменами Dronpa. [142]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Deisseroth K, Feng G, Majewska AK, Miesenböck G, Ting A, Schnitzer MJ (октябрь 2006 г.). «Оптические технологии нового поколения для освещения генетически направленных цепей мозга» . Журнал неврологии . 26 (41): 10380–6. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.3863-06.2006 . PMC  2820367 . PMID  17035522 .
  2. ^ Pathak GP, Врана JD, Tucker CL (февраль 2013). «Оптогенетический контроль функции клеток с помощью инженерных фоторецепторов» . Биология клетки . 105 (2): 59–72. DOI : 10.1111 / boc.201200056 . PMC 3552082 . PMID 23157573 .  
  3. ^ a b c d Симидзу-Сато С., Хук Э., Тепперман Дж. М., Перепел PH (октябрь 2002 г.). «Система промотора гена с переключаемым светом». Природа Биотехнологии . 20 (10): 1041–4. DOI : 10.1038 / nbt734 . PMID 12219076 . S2CID 24914960 .  
  4. ^ a b Мияваки А., Ллопис Дж, Хайм Р., Маккаффери Дж. М., Адамс Дж. А., Икура М., Цзянь Р. Я. (август 1997 г.). «Флуоресцентные индикаторы Са2 + на основе зеленых флуоресцентных белков и кальмодулина». Природа . 388 (6645): 882–7. Bibcode : 1997Natur.388..882M . DOI : 10.1038 / 42264 . PMID 9278050 . S2CID 13745050 .  
  5. ^ а б Фенно Л., Йижар О., Дейссерот К. (2011). «Развитие и применение оптогенетики» . Ежегодный обзор нейробиологии . 34 : 389–412. DOI : 10.1146 / annurev-neuro-061010-113817 . PMC 6699620 . PMID 21692661 .  
  6. ^ a b «Метод года 2010: Оптогенетика» . Видео о природе . 17 декабря 2010 г.
  7. ^ a b c Deisseroth K (20 октября 2010 г.). «Оптогенетика: управление мозгом с помощью света» . Scientific American . Springer Nature America, Inc.
  8. ^ Lin М.З., Schnitzer MJ (август 2016). «Генетически закодированные индикаторы нейрональной активности» . Природа Неврологии . 19 (9): 1142–53. DOI : 10.1038 / nn.4359 . PMC 5557009 . PMID 27571193 .  
  9. ^ Пяткевич, Кирилл Д .; Мердок, Митчелл Х .; Субач, Федор В. (2018). «Достижения в разработке и применении оптогенетических индикаторов в неврологии» . Прикладные науки . MDPI. 9 (3): 562. DOI : 10,3390 / app9030562 .
  10. ^ Учебник по оптогенетике: Pastrana E (2010). «Оптогенетика: управление функцией клеток с помощью света». Методы природы . 8 (1): 24–25. DOI : 10.1038 / nmeth.f.323 . S2CID 5808517 . 
    От редакции: «Метод года 2010» . Методы природы . 8 (1): 1. 2010. DOI : 10.1038 / nmeth.f.321 .
    Комментарий: Deisseroth K (январь 2011 г.). «Оптогенетика» . Методы природы . 8 (1): 26–9. DOI : 10.1038 / nmeth.f.324 . PMC 6814250 . PMID 21191368 .  
  11. ^ Дейссерот K (декабрь 2010). «Взгляд десятилетия. Отойдя от деревьев, чтобы взглянуть на лес. Введение». Наука . 330 (6011): 1612–3. Bibcode : 2010Sci ... 330.1612. . DOI : 10.1126 / science.330.6011.1612 . PMID 21163985 . S2CID 206593135 .  
  12. ^ "Метод года 2010: Оптогенетика" . Видео о природе . 17 декабря 2010 г.
  13. ↑ Crick F (декабрь 1999 г.). «Влияние молекулярной биологии на нейробиологию» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 354 (1392): 2021–5. DOI : 10.1098 / rstb.1999.0541 . PMC 1692710 . PMID 10670022 .  
  14. ^ Хофман А, Гильдебрандт В, Heberle Дж, Büldt G (сентябрь 1994). «Фотоактивные митохондрии: перенос in vivo светового протонного насоса во внутреннюю митохондриальную мембрану Schizosaccharomyces pombe» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 91 (20): 9367–71. DOI : 10.1073 / pnas.91.20.9367 . PMC 44813 . PMID 7937771 .  
  15. ↑ Fork RL (март 1971 г.). «Лазерная стимуляция нервных клеток при аплизии». Наука . 171 (3974): 907–8. Bibcode : 1971Sci ... 171..907F . DOI : 10.1126 / science.171.3974.907 . PMID 5541653 . S2CID 484780 .  
  16. ^ Земельман BV, Ли Г.А., Ng M, Miesenböck G (январь 2002). «Избирательная фотостимуляция генетически заряженных нейронов». Нейрон . 33 (1): 15–22. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (01) 00574-8 . PMID 11779476 . S2CID 16391269 .  
  17. ^ Земельман BV, Nesnas N, Ли Г.А., Miesenbock G (февраль 2003). «Фотохимическое стробирование гетерологичных ионных каналов: дистанционный контроль над генетически обозначенными популяциями нейронов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (3): 1352–7. Bibcode : 2003PNAS..100.1352Z . DOI : 10.1073 / pnas.242738899 . PMC 298776 . PMID 12540832 .  
  18. ^ Banghart M, Борхес K, Isacoff E, Trauner D, Kramer RH (декабрь 2004). «Активируемые светом ионные каналы для дистанционного управления возбуждением нейронов» . Природа Неврологии . 7 (12): 1381–6. DOI : 10.1038 / nn1356 . PMC 1447674 . PMID 15558062 .  
  19. ^ Volgraf M, Горостиса P, R Numano, Kramer RH, Isacoff EY, Trauner D (январь 2006). «Аллостерический контроль ионотропного рецептора глутамата с помощью оптического переключателя» . Природа Химическая биология . 2 (1): 47–52. DOI : 10,1038 / nchembio756 . PMC 1447676 . PMID 16408092 .  
  20. ^ Arenkiel BR, Klein ME, Дэвисон IG, Katz LC, Элерса MD (апрель 2008). «Генетический контроль нейрональной активности у мышей, условно экспрессирующих TRPV1» . Методы природы . 5 (4): 299–302. DOI : 10.1038 / nmeth.1190 . PMC 3127246 . PMID 18327266 .  
  21. ^ Гюлер AD, Rainwater A, Паркер JG, Jones GL, Argilli E, Arenkiel BR и др. (Март 2012 г.). «Временная активация определенных нейронов у мышей путем селективной экспрессии рецептора капсаицина» . Nature Communications . 3 : 746. Bibcode : 2012NatCo ... 3..746G . DOI : 10.1038 / ncomms1749 . PMC 3592340 . PMID 22434189 .  
  22. ^ Ван М, Перова Z, Arenkiel BR, Li B (май 2014). «Синаптические модификации медиальной префронтальной коры в восприимчивости и устойчивости к стрессу» . Журнал неврологии . 34 (22): 7485–92. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.5294-13.2014 . PMC 4035514 . PMID 24872553 .  
  23. ^ a b c Нагель Г., Селлас Т., Хун В., Катерия С., Адеишвили Н., Бертольд П. и др. (Ноябрь 2003 г.). «Каналродопсин-2, катион-селективный мембранный канал с прямым светоуправлением» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (24): 13940–5. Bibcode : 2003PNAS..10013940N . DOI : 10.1073 / pnas.1936192100 . PMC 283525 . PMID 14615590 .  
  24. ^ Гарц Н, Hegemann Р (1991-06-06). «Регулируемые родопсином кальциевые токи у хламидомонады». Природа . 351 (6326): 489–491. Bibcode : 1991Natur.351..489H . DOI : 10.1038 / 351489a0 . S2CID 4309593 . 
  25. ^ Nagel G, Ollig D, Фурманн M, S Kateriya, Musti AM, Бамберг E, Hegemann P (июнь 2002). «Каналродопсин-1: светозащитный протонный канал в зеленых водорослях». Наука . 296 (5577): 2395–8. Bibcode : 2002Sci ... 296.2395N . DOI : 10.1126 / science.1072068 . PMID 12089443 . S2CID 206506942 .  
  26. ^ Дейссерот K (сентябрь 2015). «Оптогенетика: 10 лет микробных опсинов в нейробиологии» . Природа Неврологии . 18 (9): 1213–25. DOI : 10.1038 / nn.4091 . PMC 4790845 . PMID 26308982 .  
  27. ^ Бойден ES, Zhang F, Бамберг E, G Nagel, Дейссерот K (сентябрь 2005). «В миллисекундах, генетически направленный оптический контроль нейронной активности». Природа Неврологии . 8 (9): 1263–8. DOI : 10.1038 / nn1525 . PMID 16116447 . S2CID 6809511 .  
  28. ^ «Он может быть законным изобретателем самого большого прорыва в нейробиологии за последние десятилетия. Но вы никогда о нем не слышали» . СТАТ . 1 сентября 2016 . Дата обращения 9 февраля 2020 .
  29. ↑ Bi A, Cui J, Ma YP, Olshevskaya E, Pu M, Dizhoor AM, Pan ZH (апрель 2006 г.). «Эктопическая экспрессия родопсина микробного типа восстанавливает зрительные реакции у мышей с дегенерацией фоторецепторов» . Нейрон . 50 (1): 23–33. DOI : 10.1016 / j.neuron.2006.02.026 . PMC 1459045 . PMID 16600853 .  
  30. ^ Лима SQ, Miesenböck G (апрель 2005). «Дистанционное управление поведением посредством генетически направленной фотостимуляции нейронов». Cell . 121 (1): 141–52. DOI : 10.1016 / j.cell.2005.02.004 . PMID 15820685 . S2CID 14608546 .  
  31. ^ a b Li X, Gutierrez DV, Hanson MG, Han J, Mark MD, Chiel H, et al. (Декабрь 2005 г.). «Быстрая неинвазивная активация и ингибирование нейронной и сетевой активности родопсином позвоночных и каналом родопсина зеленых водорослей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (49): 17816–21. Bibcode : 2005PNAS..10217816L . DOI : 10.1073 / pnas.0509030102 . PMC 1292990 . PMID 16306259 .  
  32. ^ Nagel G, Браунер М, Liewald ДФ, Адеишвили N, Бамберг Е, Готшальк А (декабрь 2005 г.). «Световая активация канала родопсина-2 в возбудимых клетках Caenorhabditis elegans вызывает быстрые поведенческие реакции». Текущая биология . 15 (24): 2279–84. DOI : 10.1016 / j.cub.2005.11.032 . PMID 16360690 . S2CID 7036529 .  
  33. ^ Цзянь Дж. З., Чен Д. Ф., Гербер Д., Том С, Мерсер Э. Х., Андерсон Д. Д. и др. (Декабрь 1996 г.). "Нокаут гена, ограниченного субрегиональным и клеточным типом, в мозге мыши". Cell . 87 (7): 1317–26. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81826-7 . PMID 8980237 . S2CID 863399 .  
  34. ^ Цзянь JZ (2016). «Cre-Lox Neurogenetics: 20 лет разностороннего применения в исследованиях и подсчете мозга…» . Границы генетики . 7 : 19. DOI : 10,3389 / fgene.2016.00019 . PMC 4759636 . PMID 26925095 .  
  35. ^ Хан X, Бойден ES (2007). «Многоцветная оптическая активация, отключение звука и десинхронизация нейронной активности с временным разрешением одиночного пика» . PLOS ONE . Публичная научная библиотека. 2 (3): e299. DOI : 10.1371 / journal.pone.0000299 . OCLC 678618519 . PMC 1808431 . PMID 17375185 .   
  36. ^ Zhang F, Wang LP, Brauner M, Liewald JF, Kay K, Watzke N и др. (Апрель 2007 г.). «Мультимодальный быстрый оптический опрос нейронных схем». Природа . 446 (7136): 633–9. DOI : 10,1038 / природа05744 . PMID 17410168 . S2CID 4415339 .  
  37. ^ Шредер-Ланг, Саския; Шварцель, Мартин; Зайферт, Рейнхард; Стрюнкер, Тимо; Катерия, Сунил; Looser, Йенс; Ватанабэ, Масакацу; Каупп, У Бенджамин; Гегеманн, Питер; Нагель, Георг (2007). «Быстрое изменение клеточного уровня цАМФ с помощью света in vivo» . Методы природы . 4 (1): 39–42. DOI : 10.1038 / nmeth975 . ISSN 1548-7091 . PMID 17128267 . S2CID 10616442 .   
  38. ^ Гао, Шицян; Нагпал, Джатин; Schneider, Martin W .; Козяк-Павлович, Вера; Нагель, Георг; Готшалк, Александр (2015). «Оптогенетическая манипуляция цГМФ в клетках и животных с помощью строго регулируемого светом гуанилилциклазы опсина CyclOp» . Nature Communications . 6 (1): 8046. DOI : 10.1038 / ncomms9046 . ISSN 2041-1723 . PMC 4569695 . PMID 26345128 .   
  39. Перейти ↑ Kerr R, Lev-Ram V, Baird G, Vincent P, Tsien RY, Schafer WR (июнь 2000 г.). «Оптическая визуализация переходных процессов кальция в нейронах и мышцах глотки C. elegans». Нейрон . 26 (3): 583–94. DOI : 10.1016 / s0896-6273 (00) 81196-4 . PMID 10896155 . S2CID 311998 .  
  40. ^ Фиала А, Т Сполл, Diegelmann S, Eisermann В, Sachse S, Devaud Ю.М. и др. (Октябрь 2002 г.). «Генетически экспрессируемый камелеон у Drosophila melanogaster используется для визуализации обонятельной информации в проекционных нейронах» . Текущая биология . 12 (21): 1877–84. DOI : 10.1016 / s0960-9822 (02) 01239-3 . PMID 12419190 . S2CID 6312049 .  
  41. ^ Higashijima S, Masino MA, Mandel G, Fetcho JR (декабрь 2003). «Визуализация нейрональной активности во время поведения рыбок данио с генетически закодированным индикатором кальция». Журнал нейрофизиологии . 90 (6): 3986–97. DOI : 10,1152 / jn.00576.2003 . PMID 12930818 . S2CID 2230173 .  
  42. ^ Ji G, Feldman ME, Deng KY, Greene KS, Wilson J, Lee JC и др. (Май 2004 г.). «Ca2 + -чувствительные трансгенные мыши: постсинаптическая передача сигналов в гладких мышцах» . Журнал биологической химии . 279 (20): 21461–8. DOI : 10.1074 / jbc.M401084200 . PMID 14990564 . 
  43. ^ Накаи Дж, Окура М, Имото К (февраль 2001 г.). «Зонд Ca (2+) с высоким отношением сигнал / шум, состоящий из одного зеленого флуоресцентного белка». Природа Биотехнологии . 19 (2): 137–41. DOI : 10,1038 / 84397 . PMID 11175727 . S2CID 30254550 .  
  44. ^ Чен Т.В., Уордилл Т.Дж., Сун Й., Пулвер С.Р., Реннингер С.Л., Баохан А. и др. (Июль 2013). «Сверхчувствительные флуоресцентные белки для визуализации нейрональной активности» . Природа . 499 (7458): 295–300. Bibcode : 2013Natur.499..295C . DOI : 10,1038 / природа12354 . PMC 3777791 . PMID 23868258 .  
  45. ↑ Девятая ежегодная премия Wiley в области биомедицинских наук, присужденная доктору Питеру Хегеману, доктору Георгу Нагелю и доктору Эрнсту Бамбергу (wiley.com)
  46. ^ Preisträger архивации 2010-07-04 в Wayback Machine в Карл Хайнц Бекертс Foundation (beckurts-stiftung.de)
  47. ^ "Награда Накасоне HFSP 2010 достается Карлу Дейссероту" . Программа Human Frontier Science Programme (HFSP) . Архивировано из оригинала на 2014-01-04 . Проверено 17 июля 2012 .
  48. ^ "Международная премия InBev-Baillet Latour в области здравоохранения" (PDF) . Fonds de la Recherche Scientifique - FNRS .
  49. ^ Луи-Jeantet премии
  50. ^ "Премия мозга 2013" . Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года . Проверено 3 октября 2013 года .
  51. ^ Райнер A, Isacoff EY (октябрь 2013 г. ). «Премия Brain Prize 2013: революция в оптогенетике». Тенденции в неврологии . 36 (10): 557–60. DOI : 10.1016 / j.tins.2013.08.005 . PMID 24054067 . S2CID 205404606 .  
  52. ^ "Премия Киото, Фонд Инамори" . Киотская премия, Фонд Инамори . Проверено 13 марта 2019 . "Карл-деиссерот-выигрывает-киото-приз за-optogenetics.html" .
  53. ^ "Премия Heineken-for-Medicine-2020-присуждена-Карлу деиссероту" .
  54. ^ "Премия Рамфорда, присужденная за изобретение и усовершенствование оптогенетики" . Американская академия искусств и наук . Проверено 12 марта 2019 .
  55. ^ a b c Баратта М.В., Накамура С., Добелис П., Помренце МБ, Долзани С.Д., Купер, округ Колумбия (2 апреля 2012 г.). «Оптогенетический контроль активности генетически ориентированных пирамидных нейронов в префронтальной коре» (PDF) . Предшествующая природа . arXiv : 1204.0710 . Bibcode : 2012arXiv1204.0710B . DOI : 10.1038 / npre.2012.7102.1 . S2CID 31641314 .  
  56. ^ Хассон SJ, Liewald ДФ, Шультхайз С, Stirman Ю.Н., Лу Н, Готшальк А (2012). Самуэль А. (ред.). «Микробные активируемые светом протонные насосы в качестве нейрональных ингибиторов для функционального расчленения нейронных сетей у C. elegans» . PLOS ONE . 7 (7): e40937. Bibcode : 2012PLoSO ... 740937H . DOI : 10.1371 / journal.pone.0040937 . PMC 3397962 . PMID 22815873 .  
  57. ^ Liu Y, LeBeouf B, Го X, Корреа PA, Gualberto DG, R Линц, Garcia LR (март 2011). Гудман МБ (ред.). «Холинергический регулируемый контур координирует поддержание и бистабильные состояния сенсорно-моторного поведения во время совокупления мужчин Caenorhabditis elegans» . PLOS Genetics . 7 (3): e1001326. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1001326 . PMC 3053324 . PMID 21423722 .  
  58. ^ Akemann Вт, Mutoh Н, перроновское А, Парк Ю.К., Ивамото Y, Knöpfel Т (октябрь 2012 г.). «Визуализация динамики нейронной цепи с чувствительным к напряжению флуоресцентным белком». Журнал нейрофизиологии . 108 (8): 2323–37. DOI : 10,1152 / jn.00452.2012 . PMID 22815406 . S2CID 14383949 .  
  59. ^ Дейссерот К. "Оптогенетика: управление мозгом с помощью света [Расширенная версия]" . Scientific American . Проверено 28 ноября 2016 .
  60. ^ Beck S, Yu-Strzelczyk J, Pauls D, Constantin OM, Gee CE, Ehmann N, et al. (2018). «Синтетические активируемые светом ионные каналы для оптогенетической активации и ингибирования» . Границы неврологии . 12 : 643. DOI : 10,3389 / fnins.2018.00643 . PMC 6176052 . PMID 30333716 .  
  61. ^ Sierra Ю. А., Рост В, С Oldani, Шнайдер-Warme Р, Р Сеиферт, Schmitz D, Hegemann Р (ноябрь 2018). «Двухкомпонентный оптогенетический инструмент на основе калиевого канала для подавления возбудимых клеток» . Биофизический журнал . 114 (3): 668a. Bibcode : 2018BpJ ... 114..668A . DOI : 10.1016 / j.bpj.2017.11.3607 .
  62. ^ Zhao S, Cunha C, Zhang F, Liu Q, Gloss B, Deisseroth K и др. (Август 2008 г.). «Улучшенная экспрессия галородопсина для индуцированного светом подавления нейрональной активности» . Клеточная биология мозга . 36 (1–4): 141–54. DOI : 10.1007 / s11068-008-9034-7 . PMC 3057022 . PMID 18931914 .  
  63. ^ a b Градинару В., Томпсон К.Р., Дейссерот К. (август 2008 г.). «eNpHR: halorhodopsin Natronomonas, усиленный для оптогенетических применений» . Клеточная биология мозга . 36 (1–4): 129–39. DOI : 10.1007 / s11068-008-9027-6 . PMC 2588488 . PMID 18677566 .  
  64. ^ a b c Виттен И.Б., Лин С.К., Бродский М., Пракаш Р., Дистер И., Аникеева П. и др. (Декабрь 2010 г.). «Холинергические интернейроны контролируют активность местных цепей и кондиционирование кокаина» . Наука . 330 (6011): 1677–81. Bibcode : 2010Sci ... 330.1677W . DOI : 10.1126 / science.1193771 . PMC 3142356 . PMID 21164015 .  
  65. ^ Ким JM, Hwa J, Garriga P, Reeves PJ, RajBhandary UL, Khorana HG (февраль 2005). «Управляемая светом активация передачи сигналов бета 2-адренорецептора химерным родопсином, содержащим цитоплазматические петли бета 2-адренергического рецептора». Биохимия . 44 (7): 2284–92. DOI : 10.1021 / bi048328i . PMID 15709741 . 
  66. ^ Айран RD, Thompson KR, Fenno LE, Бернштейн H, Дейссерот K (апрель 2009). «Временной точный контроль внутриклеточной передачи сигналов in vivo». Природа . 458 (7241): 1025–9. Bibcode : 2009Natur.458.1025A . DOI : 10,1038 / природа07926 . PMID 19295515 . S2CID 4401796 .  
  67. ^ Levskaya A, Weiner OD, Lim WA, Фойгт CA (октябрь 2009). «Пространственно-временной контроль клеточной передачи сигналов с использованием переключаемого светом белкового взаимодействия» . Природа . 461 (7266): 997–1001. Bibcode : 2009Natur.461..997L . DOI : 10,1038 / природа08446 . PMC 2989900 . PMID 19749742 .  
  68. ^ У Ю. И., Фрое D, Лунг О.И., Jaehrig A, Schlichting I , Кульман B, Hahn КМ (сентябрь 2009). «Генетически кодируемый фотоактивируемый Rac контролирует подвижность живых клеток» . Природа . 461 (7260): 104–8. Bibcode : 2009Natur.461..104W . DOI : 10,1038 / природа08241 . PMC 2766670 . PMID 19693014 .  
  69. ^ Yazawa M, Sadaghiani AM, Сюэ B, Dolmetsch RE (октябрь 2009). «Индукция белок-белковых взаимодействий в живых клетках с помощью света». Природа Биотехнологии . 27 (10): 941–5. DOI : 10.1038 / nbt.1569 . PMID 19801976 . S2CID 205274357 .  
  70. ^ Stierl M, Stumpf P, Udwari D, Gueta R, Hagedorn R, Losi A, et al. (Январь 2011 г.). «Световая модуляция клеточного цАМФ с помощью небольшой бактериальной фотоактивированной аденилилциклазы, bPAC, почвенной бактерии Beggiatoa» . Журнал биологической химии . 286 (2): 1181–8. DOI : 10.1074 / jbc.M110.185496 . PMC 3020725 . PMID 21030594 .  
  71. ^ Рю MH, Москвин О.В., Siltberg-Liberles J, Гомельский M (декабрь 2010). «Природные и модифицированные фотоактивированные нуклеотидилциклазы для оптогенетических применений» . Журнал биологической химии . 285 (53): 41501–8. DOI : 10.1074 / jbc.M110.177600 . PMC 3009876 . PMID 21030591 .  
  72. Перейти ↑ Lerner TN, Ye L, Deisseroth K (март 2016). «Коммуникация в нейронных цепях: инструменты, возможности и проблемы» . Cell . 164 (6): 1136–1150. DOI : 10.1016 / j.cell.2016.02.027 . PMC 5725393 . PMID 26967281 .  
  73. ^ Aravanis AM, Ван LP, Чжан F, Мельцер Л.А., Mogri М.З., Schneider MB, Дейссерот K (сентябрь 2007). «Оптический нейронный интерфейс: in vivo контроль моторной коры грызунов с помощью интегрированной оптоволоконной и оптогенетической технологии». Журнал нейронной инженерии . 4 (3): S143-56. Bibcode : 2007JNEng ... 4S.143A . DOI : 10.1088 / 1741-2560 / 4/3 / S02 . PMID 17873414 . 
  74. ^ Adamantidis AR, Zhang F, Aravanis AM, Дейссерот K, L де Lecea (ноябрь 2007). «Нейронные субстраты пробуждения исследуются с оптогенетическим контролем гипокретиновых нейронов» . Природа . 450 (7168): 420–4. Bibcode : 2007Natur.450..420A . DOI : 10,1038 / природа06310 . PMC 6744371 . PMID 17943086 .  
  75. ^ а б Градинару В., Томпсон К.Р., Чжан Ф., Могри М., Кей К., Шнайдер МБ, Дейссерот К. (декабрь 2007 г.). «Стратегии нацеливания и считывания для быстрого оптического нейронного контроля in vitro и in vivo» . Журнал неврологии . 27 (52): 14231–8. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.3578-07.2007 . PMC 6673457 . PMID 18160630 .  
  76. ^ Даместани Y, Рейнольдс CL, Szu J, Hsu MS, Kodera Y, Binder DK, et al. (Ноябрь 2013). «Прозрачный нанокристаллический протез свода черепа из стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония» (PDF) . Наномедицина . 9 (8): 1135–8. DOI : 10.1016 / j.nano.2013.08.002 . PMID 23969102 .   • Объяснил Мохан Г. (4 сентября 2013 г.). «Окно в мозг? Оно здесь, - говорит команда Калифорнийского университета в Риверсайде» . Лос-Анджелес Таймс .
  77. Перейти ↑ Wentz CT, Bernstein JG, Monahan P, Guerra A, Rodriguez A, Boyden ES (август 2011). «Устройство с беспроводным питанием и управлением для оптического нейронного контроля свободно ведущих животных» . Журнал нейронной инженерии . 8 (4): 046021. Bibcode : 2011JNEng ... 8d6021W . DOI : 10.1088 / 1741-2560 / 8/4/046021 . PMC 3151576 . PMID 21701058 .  
  78. ^ a b Матарес Б.Ф., Фейен П.Л., де Мелло Дж.С., Бенфенати Ф. (2019). «Субмиллисекундное управление возбуждением нейронов с помощью органических светоизлучающих диодов» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 7 : 278. DOI : 10.3389 / fbioe.2019.00278 . PMC 6817475 . PMID 31750295 .  
  79. ^ Pama Е.А., Colzato Л.С., Hommel B (2013-01-01). «Оптогенетика как инструмент нейромодуляции в когнитивной нейробиологии» . Границы в психологии . 4 : 610. DOI : 10.3389 / fpsyg.2013.00610 . PMC 3764402 . PMID 24046763 .  
  80. Перейти ↑ Warden MR, Cardin JA, Deisseroth K (июль 2014 г.). «Оптические нейронные интерфейсы» . Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 16 : 103–29. DOI : 10,1146 / annurev-Bioeng-071813-104733 . PMC 4163158 . PMID 25014785 .  
  81. Перейти ↑ Guru A, Post RJ, Ho YY, Warden MR (июль 2015 г.). «Осмысление оптогенетики» . Международный журнал нейропсихофармакологии . 18 (11): pyv079. DOI : 10.1093 / ijnp / pyv079 . PMC 4756725 . PMID 26209858 .  
  82. ^ а б Тишер Д., Вайнер О.Д. (август 2014 г.). «Освещение клеточной сигнализации с помощью оптогенетических инструментов» . Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 15 (8): 551–8. DOI : 10.1038 / nrm3837 . PMC 4145075 . PMID 25027655 .  
  83. ^ a b c d e Залокусский К.А., Фенно Л.Е., Деиссерот К. (2013). «Актуальные вызовы оптогенетики» . Общество неврологии .
  84. ^ Хайтманн S, Правило М, Truccolo Вт, Ermentrout В (январь 2017 г.). «Оптогенетическая стимуляция сдвигает возбудимость коры головного мозга с типа I на тип II: начало колебаний и распространение волн» . PLOS Вычислительная биология . 13 (1): e1005349. Bibcode : 2017PLSCB..13E5349H . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1005349 . PMC 5295702 . PMID 28118355 .  
  85. ^ Лу Y, Truccolo W, Wagner FB, Vargas-Irwin CE, Ozden I, Zimmermann JB и др. (Июнь 2015 г.). «Оптогенетически индуцированные пространственно-временные гамма-колебания и активность нейронов в моторной коре приматов» . Журнал нейрофизиологии . 113 (10): 3574–87. DOI : 10,1152 / jn.00792.2014 . PMC 4461886 . PMID 25761956 .  
  86. ^ a b Leergaard TB, Hilgetag CC, Sporns O (2012-05-01). «Составление коннектома: многоуровневый анализ связи мозга» . Границы нейроинформатики . 6 : 14. DOI : 10,3389 / fninf.2012.00014 . PMC 3340894 . PMID 22557964 .  
  87. ^ Penzkofer А, Hegemann Р, Kateriya S (2018). «Органические красители в оптогенетике». В Duarte FJ (ред.). Органические лазеры и органическая фотоника . Лондон: Институт физики . С. 13–1–13–114. ISBN 978-0-7503-1570-8.
  88. ^ a b Luboeinski J, Tchumatchenko T (сентябрь 2020 г.). «Нелинейные характеристики отклика нейронных сетей и одиночных нейронов, испытывающих оптогенетическое возбуждение» . Сетевая неврология . 4 (3): 852–870. DOI : 10.1162 / netn_a_00154 .
  89. ^ "PyRhO: виртуальная лаборатория оптогенетики" . GitHub .
  90. ^ «Инструмент моделирования нейронных сетей и одиночных нейронов со светочувствительными каналами» . GitHub .
  91. Перейти ↑ Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K, Thwin MT, Deisseroth K, Kreitzer AC (июль 2010 г.). «Регуляция паркинсонического моторного поведения оптогенетическим контролем контуров базальных ганглиев» . Природа . 466 (7306): 622–6. Bibcode : 2010Natur.466..622K . DOI : 10,1038 / природа09159 . PMC 3552484 . PMID 20613723 .  
  92. ^ Грэдинару В, Mogri М, Томпсон К. Р., Хендерсон Дж, Дейссерот К (апрель 2009 г.). «Оптическая деконструкция нервной системы паркинсонизма» . Наука . 324 (5925): 354–9. Bibcode : 2009Sci ... 324..354G . CiteSeerX 10.1.1.368.668 . DOI : 10.1126 / science.1167093 . PMC 6744370 . PMID 19299587 .   
  93. ^ Cardin JA, Carlen М, Мелетис К, Knoblich U, Чжан Р, Дейссерот К, и др. (Июнь 2009 г.). «Вождение клеток с быстрым выбросом индуцирует гамма-ритм и контролирует сенсорные реакции» . Природа . 459 (7247): 663–7. Bibcode : 2009Natur.459..663C . DOI : 10,1038 / природа08002 . PMC 3655711 . PMID 19396156 .  
  94. ^ Sohal VS, Zhang F, Yizhar O, Дейссерот K (июнь 2009). «Парвальбуминовые нейроны и гамма-ритмы улучшают работу коркового контура» . Природа . 459 (7247): 698–702. Bibcode : 2009Natur.459..698S . DOI : 10,1038 / природа07991 . PMC 3969859 . PMID 19396159 .  
  95. ^ Tsai HC, Zhang F, Adamantidis A, Stuber GD, Bonci А, де Lecea L, Дейссерот K (май 2009). «Фазовое возбуждение дофаминергических нейронов достаточно для формирования поведенческой обусловленности» . Наука . 324 (5930): 1080–4. Bibcode : 2009Sci ... 324.1080T . DOI : 10.1126 / science.1168878 . PMC 5262197 . PMID 19389999 .  
  96. ^ Haubensak W, Kunwar PS, Cai H, Ciocchi S, Wall NR, Ponnusamy R и др. (Ноябрь 2010 г.). «Генетическое вскрытие микросхемы миндалины, которая блокирует условный страх» . Природа . 468 (7321): 270–6. Bibcode : 2010Natur.468..270H . DOI : 10,1038 / природа09553 . PMC 3597095 . PMID 21068836 .  
  97. ↑ Johansen JP, Hamanaka H, ​​Monfils MH, Behnia R, Deisseroth K, Blair HT, LeDoux JE (июль 2010 г.). «Оптическая активация латеральных пирамидных клеток миндалины инструктирует ассоциативное обучение страху» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (28): 12692–7. Bibcode : 2010PNAS..10712692J . DOI : 10.1073 / pnas.1002418107 . PMC 2906568 . PMID 20615999 .  
  98. ^ Яснов А.М., Эрлих Д.Е., Чой Д.К., Домбровска Дж., Бауэрс М.Э., Маккалоу К.М. (Июнь 2013). «Thy1-экспрессирующие нейроны в базолатеральной миндалине могут опосредовать подавление страха» . Журнал неврологии . 33 (25): 10396–404. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.5539-12.2013 . PMC 3685835 . PMID 23785152 .  
  99. Перейти ↑ Dias BG, Banerjee SB, Goodman JV, Ressler KJ (июнь 2013 г.). «К новым подходам к расстройствам страха и тревоги» . Текущее мнение в нейробиологии . 23 (3): 346–52. DOI : 10.1016 / j.conb.2013.01.013 . PMC 3672317 . PMID 23402950 .  
  100. ^ Каралис Н., Дежан С., Чаудун Ф., Ходер С., Розеск Р.Р., Вуртц Х. и др. (Апрель 2016 г.). «Колебания с частотой 4 Гц синхронизируют префронтально-миндалевидный контур во время поведения страха» . Природа Неврологии . 19 (4): 605–12. DOI : 10.1038 / nn.4251 . PMC 4843971 . PMID 26878674 .  
  101. ^ Shusterman R, мазок MC, Кулаков А.А., Rinberg D (июль 2011). «Точные обонятельные реакции составляют цикл обнюхивания». Природа Неврологии . 14 (8): 1039–44. DOI : 10.1038 / nn.2877 . PMID 21765422 . S2CID 5194595 .  
  102. ^ Смит Р.С., Ху R, DeSouza A, Eberly CL, Krahe K, Chan W, Аранеда RC (июль 2015). «Дифференциальная мускариновая модуляция обонятельной луковицы» . Журнал неврологии . 35 (30): 10773–85. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.0099-15.2015 . PMC 4518052 . PMID 26224860 .  
  103. ^ Patterson MA, Lagier S, Карлтон A (август 2013). «Представления запаха в обонятельной луковице развиваются после первого вдоха и сохраняются как остаточное изображение запаха» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (35): E3340-9. Bibcode : 2013PNAS..110E3340P . DOI : 10.1073 / pnas.1303873110 . PMC 3761593 . PMID 23918364 .  
  104. ^ Tecuapetla F, Patel JC, Xenias H, English D, Tadros I, Shah F и др. (Май 2010 г.). «Глутаматергическая передача сигналов мезолимбическими дофаминовыми нейронами в прилежащем ядре» . Журнал неврологии . 30 (20): 7105–10. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.0265-10.2010 . PMC 3842465 . PMID 20484653 .  
  105. ^ Села Е, McFarlan АР, Чанг AJ, Ван Т, Chierzi S, Мерэй К.К., Sjöström PJ (март 2019). "Оптогенетическая модель киндлинга неокортикальной эпилепсии" . Научные отчеты . 9 (1): 5236. Bibcode : 2019NatSR ... 9.5236C . DOI : 10.1038 / s41598-019-41533-2 . PMC 6437216 . PMID 30918286 .  
  106. ^ Бинген БО, Энгельс МС, Schalij МДж, Jangsangthong Вт, Neshati Z, Feola я, и др. (Октябрь 2014 г.). «Светоиндуцированное прекращение спирально-волновых аритмий с помощью оптогенетической инженерии кардиомиоцитов предсердий» . Сердечно-сосудистые исследования . 104 (1): 194–205. DOI : 10.1093 / CVR / cvu179 . PMID 25082848 . 
  107. ^ Nussinovitch U, Gepstein L (июль 2015). «Оптогенетика кардиостимуляции и ресинхронизирующей терапии in vivo». Природа Биотехнологии . 33 (7): 750–4. DOI : 10.1038 / nbt.3268 . PMID 26098449 . S2CID 1794556 .  
  108. ^ Nyns EC, Kip A, Bart CI, Plomp JJ, Zeppenfeld K, Schalij MJ, et al. (Июль 2017 г.). «Оптогенетическое прекращение желудочковых аритмий во всем сердце: к биологическому управлению сердечным ритмом» . Европейский журнал сердца . 38 (27): 2132–2136. DOI : 10.1093 / eurheartj / ehw574 . PMC 5837774 . PMID 28011703 .  
  109. ^ Bruegmann T, Boyle PM, Vogt CC, Karathanos TV, Arevalo HJ, Fleischmann BK и др. (Октябрь 2016 г.). «Оптогенетическая дефибрилляция устраняет желудочковую аритмию в сердцах мышей и моделирует человека» . Журнал клинических исследований . 126 (10): 3894–3904. DOI : 10.1172 / JCI88950 . PMC 5096832 . PMID 27617859 .  
  110. ^ Crocini C, Ferrantini C, Coppini R, Scardigli M, Yan P, Loew LM и др. (Октябрь 2016 г.). «Оптогенетический дизайн механических моделей стимуляции для сердечной дефибрилляции» . Научные отчеты . 6 : 35628. Bibcode : 2016NatSR ... 635628C . DOI : 10.1038 / srep35628 . PMC 5066272 . PMID 27748433 .  
  111. ^ Эрнандес В.Х., Герт А., Рейтер К., Цзин З., Йешке М., Мендоза Шульц А. и др. (Март 2014 г.). «Оптогенетическая стимуляция слухового пути» . Журнал клинических исследований . 124 (3): 1114–29. DOI : 10.1172 / JCI69050 . PMC 3934189 . PMID 24509078 .  
  112. ^ Keppeler D, Merino RM, Lopez de la Morena D, Bali B, Huet AT, Gehrt A, et al. (Декабрь 2018 г.). «Сверхбыстрая оптогенетическая стимуляция слухового пути с помощью Chronos, оптимизированного для нацеливания» . Журнал EMBO . 37 (24): e99649. DOI : 10.15252 / embj.201899649 . PMC 6293277 . PMID 30396994 .  
  113. ^ Магер Т., Лопес де ла Морена Д., Сенн В., Шлотте Дж., Д. Эррико А., Фельдбауэр К. и др. (Май 2018). «Высокочастотный нервный импульс и звуковая сигнализация с помощью сверхбыстрой оптогенетики с красным смещением» . Nature Communications . 9 (1): 1750. Bibcode : 2018NatCo ... 9.1750M . DOI : 10.1038 / s41467-018-04146-3 . PMC 5931537 . PMID 29717130 .  
  114. ^ "Разработка длинноволновых световых ионных каналов, чтобы слышать свет. Атлас науки" . Дата обращения 7 ноября 2019 .
  115. ↑ Moser T (октябрь 2015 г.). «Оптогенетическая стимуляция слухового пути для исследования и будущего протезирования». Текущее мнение в нейробиологии . 34 : 29–36. DOI : 10.1016 / j.conb.2015.01.004 . PMID 25637880 . S2CID 35199775 .  
  116. ↑ Lin JY, Knutsen PM, Muller A, Kleinfeld D, Tsien RY (октябрь 2013 г.). «ReaChR: вариант канала родопсина со смещением в красную область обеспечивает глубокое транскраниальное оптогенетическое возбуждение» . Природа Неврологии . 16 (10): 1499–508. DOI : 10.1038 / nn.3502 . PMC 3793847 . PMID 23995068 .  
  117. ^ Мэтьюз Г.А., Ние Э. Х., Вандер Уил С. М., Халберт С. А., Прадхан Р. В., Йосафат А. С. и др. (Февраль 2016 г.). «Дорсальные нейроны дофамина Raphe представляют опыт социальной изоляции» . Cell . 164 (4): 617–31. DOI : 10.1016 / j.cell.2015.12.040 . PMC 4752823 . PMID 26871628 .  
  118. ^ Klapoetke NC, Murata Y, Ким С.С., Пальвер С.Р., Birdsey-Бенсон А, чо Ю.К., и др. (Март 2014 г.). «Независимое оптическое возбуждение отдельных нейронных популяций» . Методы природы . 11 (3): 338–46. DOI : 10.1038 / nmeth.2836 . PMC 3943671 . PMID 24509633 .  
  119. ^ Берндт A, Yizhar O, Гюнайдын LA, Hegemann P, Дейссерот K (февраль 2009). «Бистабильные переключатели состояния нейронов». Природа Неврологии . 12 (2): 229–34. DOI : 10.1038 / nn.2247 . PMID 19079251 . S2CID 15125498 .  
  120. ^ Govorunova Е.Г., Sineshchekov О.А., Janz R, Лю X, Spudich JL (август 2015). «НЕЙРОНАУКА. Естественные светозащитные анионные каналы: семейство микробных родопсинов для продвинутой оптогенетики» . Наука . 349 (6248): 647–50. DOI : 10.1126 / science.aaa7484 . PMC 4764398 . PMID 26113638 .  
  121. ^ Mauss AS, Busch C, Borst A (октябрь 2017). «Оптогенетическое молчание нейронов у дрозофилы во время обработки изображений» . Научные отчеты . 7 (1): 13823. Bibcode : 2017NatSR ... 713823M . DOI : 10.1038 / s41598-017-14076-7 . PMC 5653863 . PMID 29061981 .  
  122. ^ Солари Н, Sviatkó К, Laszlovszky Т, Hegedüs Р, Hangya В (Май 2018). «Инструменты с открытым исходным кодом для временного контроля поведения грызунов, подходящие для электрофизиологии и оптогенетических манипуляций» . Границы системной нейробиологии . 12 : 18. DOI : 10,3389 / fnsys.2018.00018 . PMC 5962774 . PMID 29867383 .  
  123. ↑ Lin JY (декабрь 2010 г.). «Руководство пользователя по вариантам канального родопсина: особенности, ограничения и будущие разработки» . Экспериментальная физиология . 96 (1): 19–25. DOI : 10.1113 / expphysiol.2009.051961 . PMC 2995811 . PMID 20621963 .  
  124. ^ Ковач К., О'Неилл Дж, Schoenenberger Р, Penttonen М, Ranguel Герреро ДК, Csicsvari J (19 ноября 2016). «Оптогенетическое блокирование явлений резкой волновой ряби во сне не мешает формированию стабильного пространственного представления в области CA1 гиппокампа» . PLOS ONE . 11 (10): e0164675. Bibcode : 2016PLoSO..1164675K . DOI : 10.1371 / journal.pone.0164675 . PMC 5070819 . PMID 27760158 .  
  125. ^ а б Валон Л., Марин-Ллаурадо А., Вятт Т., Чаррас Г., Трепат Х (февраль 2017 г.). «Оптогенетический контроль клеточных сил и механотрансдукции» . Nature Communications . 8 : 14396. Bibcode : 2017NatCo ... 814396V . DOI : 10.1038 / ncomms14396 . PMC 5309899 . PMID 28186127 .  
  126. ^ a b c d e Khamo JS, Krishnamurthy VV, Sharum SR, Mondal P, Zhang K (октябрь 2017 г.). «Применение оптобиологии в интактных клетках и многоклеточных организмах». Журнал молекулярной биологии . 429 (20): 2999–3017. DOI : 10.1016 / j.jmb.2017.08.015 . PMID 28882542 . 
  127. ^ «Оптогенетика - Результаты поиска» . PubMed . Проверено 29 февраля 2020 .
  128. Перейти ↑ Wittmann T, Dema A, van Haren J (май 2020 г.). «Свет, цитоскелет, действие: оптогенетический контроль клеточной динамики» . Текущее мнение в клеточной биологии . Elsevier Ltd. 66 : 1–10. DOI : 10.1016 / j.ceb.2020.03.003 . PMC 7577957 . PMID 32371345 .  
  129. ^ Konermann S, Бриэй MD, Тревино А, Хс PD, Хайденрайх М, л Конга и др. (Август 2013). «Оптический контроль эндогенной транскрипции и эпигенетических состояний млекопитающих» . Природа . 500 (7463): 472–476. Bibcode : 2013Natur.500..472K . DOI : 10,1038 / природа12466 . PMC 3856241 . PMID 23877069 .  
  130. ^ Leung DW, Отомо C, Chory J Розен MK (сентябрь 2008). «Генетически кодируемое фотопереключение сборки актина через комплексный путь Cdc42-WASP-Arp2 / 3» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (35): 12797–802. Bibcode : 2008PNAS..10512797L . DOI : 10.1073 / pnas.0801232105 . PMC 2525560 . PMID 18728185 .  
  131. ^ Toettcher JE, Гонг D, Lim WA, Weiner OD (сентябрь 2011). «Световая обратная связь для управления динамикой внутриклеточной сигнализации» . Методы природы . 8 (10): 837–9. DOI : 10.1038 / nmeth.1700 . PMC 3184382 . PMID 21909100 .  
  132. ^ Стрикленд D, Лин Y, Вагнер E, Хоуп CM, Зайнер J, Антониу C и др. (Март 2012 г.). «ТЮЛЬПАНЫ: настраиваемые, контролируемые светом взаимодействующие белковые метки для клеточной биологии» . Методы природы . 9 (4): 379–84. DOI : 10.1038 / nmeth.1904 . PMC 3444151 . PMID 22388287 .  
  133. ^ Idevall-Hagren O, Dickson EJ, Хилле B, Томре DK, De Camilli P (август 2012). «Оптогенетический контроль метаболизма фосфоинозитидов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (35): E2316-23. Bibcode : 2012PNAS..109E2316I . DOI : 10.1073 / pnas.1211305109 . PMC 3435206 . PMID 22847441 .  
  134. ^ Bugaj LJ, Choksi AT, Mesuda CK, Kane RS, Шаффер DV (март 2013). «Оптогенетическая кластеризация белков и активация передачи сигналов в клетках млекопитающих». Методы природы . 10 (3): 249–52. DOI : 10.1038 / nmeth.2360 . PMID 23377377 . S2CID 8737019 .  
  135. Перейти ↑ Lungu OI, Hallett RA, Choi EJ, Aiken MJ, Hahn KM, Kuhlman B (апрель 2012 г.). «Создание светопереключаемых пептидов с использованием домена AsLOV2» . Химия и биология . 19 (4): 507–17. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2012.02.006 . PMC 3334866 . PMID 22520757 .  
  136. ^ У Ю. И., Фрое D, Лунг О.И., Jaehrig A, Schlichting I, Кульман B, Hahn КМ (сентябрь 2009). «Генетически кодируемый фотоактивируемый Rac контролирует подвижность живых клеток» . Природа . 461 (7260): 104–8. Bibcode : 2009Natur.461..104W . DOI : 10,1038 / природа08241 . PMC 2766670 . PMID 19693014 .  
  137. ^ Смарт AD, Pache Р.А., Томсен Н.Д., Kortemme T , Davis GW, Wells JA (сентябрь 2017). «Разработка активируемой светом каспазы-3 для точной абляции нейронов in vivo» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (39): E8174 – E8183. DOI : 10.1073 / pnas.1705064114 . PMC 5625904 . PMID 28893998 .  
  138. ^ Даглиян О, Тарнавский М, Чу PH, Ширванянц Д., Шлихтинг I, Дохолян Н.В., Хан К.М. (декабрь 2016 г.). «Инженерное внешнее нарушение для контроля активности белка в живых клетках» . Наука . 354 (6318): 1441–1444. Bibcode : 2016Sci ... 354.1441D . DOI : 10.1126 / science.aah3404 . PMC 5362825 . PMID 27980211 .  
  139. ^ Guntas G, Халлет Р.А., Циммерман С.П., Williams Т, Yumerefendi Н, медведь JE, Кульман Б (январь 2015). «Разработка улучшенного светоиндуцированного димера (iLID) для контроля локализации и активности сигнальных белков» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (1): 112–7. Bibcode : 2015PNAS..112..112G . DOI : 10.1073 / pnas.1417910112 . PMC 4291625 . PMID 25535392 .  
  140. ^ Ван Х, Вилела М, Винклер А, Тарнавски М, Шлихтинг I, Юмерефенди Х и др. (Сентябрь 2016 г.). «LOVTRAP: оптогенетическая система фотоиндуцированной диссоциации белков» . Методы природы . 13 (9): 755–8. DOI : 10.1038 / nmeth.3926 . PMC 5137947 . PMID 27427858 .  
  141. ^ Ван Харена Дж, Charafeddine РА, Эттингер А, Ван Н, Хан КМ, Уиттманн Т (март 2018). «Локальный контроль динамики внутриклеточных микротрубочек с помощью фотодиссоциации EB1» . Природа клеточной биологии . Исследования природы. 20 (3): 252–261. DOI : 10.1038 / s41556-017-0028-5 . PMC 5826794 . PMID 29379139 .  
  142. ^ а б Чжоу XX, Чунг Х.К., Лам AJ, Линь М.З. (ноябрь 2012 г.). «Оптический контроль активности белка с помощью флуоресцентных белковых доменов» . Наука . 338 (6108): 810–4. Bibcode : 2012Sci ... 338..810Z . DOI : 10.1126 / science.1226854 . PMC 3702057 . PMID 23139335 .  
  143. ↑ Purvis JE, Lahav G (февраль 2013 г.). «Кодирование и декодирование сотовой информации через динамику сигнализации» . Cell . 152 (5): 945–56. DOI : 10.1016 / j.cell.2013.02.005 . PMC 3707615 . PMID 23452846 .  
  144. ^ Сантос SD, Вервир PJ, Bastiaens PI (март 2007). «Индуцированная фактором роста топология сети MAPK формирует ответ Erk, определяющий судьбу клеток PC-12». Природа клеточной биологии . 9 (3): 324–30. DOI : 10.1038 / ncb1543 . PMID 17310240 . S2CID 31709706 .  
  145. ^ Toettcher JE, Weiner OD, Lim WA (декабрь 2013). «Использование оптогенетики для исследования динамического контроля передачи сигнала модулем Ras / Erk» . Cell . 155 (6): 1422–34. DOI : 10.1016 / j.cell.2013.11.004 . PMC 3925772 . PMID 24315106 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Аппасани К (2017). Оптогенетика: от функции нейронов к картированию и биологии болезней . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-107-05301-4.
  • Банерджи С., Митра Д. (январь 2020 г.). «Структурные основы проектирования и разработки перспективной оптогенетики растений». Тенденции в растениеводстве . 25 (1): 35–65. DOI : 10.1016 / j.tplants.2019.10.002 . PMID  31699521 .
  • Ху В, Ли Кью, Ли Б, Ма К, Чжан Ч., Фу Х (январь 2020 г.). «Оптогенетика проливает новый свет на тканевую инженерию и регенеративную медицину». Биоматериалы . 227 : 119546. дои : 10.1016 / j.biomaterials.2019.119546 . PMID  31655444 .
  • Джаррин С., Финн Д.П. (октябрь 2019 г.). «Оптогенетика и ее применение в исследовании боли и беспокойства». Неврология и биоповеденческие обзоры . 105 : 200–211. DOI : 10.1016 / j.neubiorev.2019.08.007 . PMID  31421140 . S2CID  199577276 .
  • Johnson HE, Toettcher JE (август 2018 г.). «Освещение биологии развития с помощью клеточной оптогенетики» . Текущее мнение в области биотехнологии . 52 : 42–48. DOI : 10.1016 / j.copbio.2018.02.003 . PMC  6082700 . PMID  29505976 .
  • Крюгер Д., Искьердо Э., Вишванатан Р., Хартманн Дж., Палларес Картес С., Де Рензис С. (октябрь 2019 г.). «Принципы и приложения оптогенетики в биологии развития» . Развитие . Кембридж, Англия. 146 (20): dev175067. DOI : 10.1242 / dev.175067 . PMC  6914371 . PMID  31641044 .
  • Losi A, Gardner KH, Möglich A (ноябрь 2018 г.). «Рецепторы синего света для оптогенетики» . Химические обзоры . 118 (21): 10659–10709. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.8b00163 . PMC  6500593 . PMID  29984995 .
  • Вриз С., Одзава Т. (сентябрь 2018 г.). Оптогенетика: световые актуаторы и светоизлучающие датчики в клеточной биологии . Полная серия по фотохимии и фотобиологии. 18 . Лондон: Королевское химическое общество. ISBN 978-1-78801-237-9.
  • Виттманн Т., Дема А., ван Харен Дж. (Май 2020 г.). «Свет, цитоскелет, действие: оптогенетический контроль клеточной динамики» . Текущее мнение в клеточной биологии, тематический выпуск: клеточная динамика . Elsevier Ltd. 66 : 1–10. DOI : 10.1016 / j.ceb.2020.03.003 . PMC  7577957 . PMID  32371345 .

Внешние ссылки [ править ]

  • «Оптогенетика: проливаем свет на секреты мозга» . Scientifica .