有机光遗传学工具照亮大脑的交流路径

光感应蛋白称为视紫红质，它用于光遗传学来控制神经元活动，但现有的视紫红质的疗效可能较低，尤其是当它们用于控制神经元之间的突触活动时。魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的科学家发现的一种蚊子衍生的视紫红质，为大脑中的突触活动提供了精确的、时空控制。它作为光遗传学工具的使用可以进一步加深科学家对特定神经元通路功能作用的理解。由Ofer Yizhar教授领导的研究小组使用光遗传学方法研究通过活鼠大脑突触在神经元之间传递的信号。"我们可以检测各种神经递质的存在，但不同的神经元以不同的方式"读取"这些神经递质，"Yizhar说。"光遗传学使我们不仅能够看到'墨水'，而且能够真正破译'信息'。"

一种神经元，其树状延伸表达蚊子衍生的蛋白质。魏茨曼科学研究所供图。

Yizhar发现，现有的视紫红质不够精确或稳定，他的团队无法研究通过各种突触传递的信号。为了更好地了解不同途径的作用，科学家们需要找到一种能赋予他们更多控制力的视紫红质。"我们决定四处找找，看看那里存在哪些自然的解决方案，" Yizhar说。在研究了一些有机视紫红质蛋白之后，科学家们将他们的选择范围缩小到蚊子的视紫红质。为了评估他们选择的疗效，他们测试了蚊子蛋白对一种已知能降低突触活性的药物。他们发现，蚊子衍生的视紫红质能像药物一样有效地抑制神经元的神经传递，而且视紫红质则更稳定。与影响大脑许多部位且难以控制的药物不同，蚊子视紫红质只影响当光线照射到蚊子传感器时的神经元。有了蚊子衍生的视紫红质，科学家能够调节大脑在空间和时间上的突触活动。

为了测试这种新型光遗传学工具的功效，科学家们用它来阻止小鼠大脑一侧神经递质多巴胺的释放。当他们在大脑的半球照出表达蚊子视紫红质的绿灯时，他们观察到老鼠的行为有明显的一边偏差。Yizhar说："蚊子视紫红质的主要优点之一是它是双稳定的，即它不需要令人耳目一新，而且它可能非常具体，因此我们可以控制我们选定的精确突触。这是一项非常令人兴奋的技术，因为它将使我们能够以前不可能的方式发现大脑中特定通路的作用。我们认为这种蚊子蛋白为开发一系列用于神经科学研究的新型光遗传学工具指引了方向。" 蚊子视紫红质选择性地抑制神经元之间的神经传递的能力可以改善大脑神经递质研究的光遗传学方法，最终可产生新的和更好的对关于神经和精神疾病治疗的方法。

这项研究发表在《Neuron》上(www.doi.org/10.1016/j.neuron.2021.03.013).