一个明亮的想法：基因工程蛋白质使用光学研究神经元

在许多人的努力中，有特定任务的良好工具是获得最佳结果的基本要求，而神经科学则没有与这方面的其他科学领域不同。然而，神经科学家在神经元和神经元电路的内部工作中脱落光的巨大目标，并且他们依靠各种方法观察和控制神经元的射击，以更好地了解其功能。

Optogenetics已被认为是过去几十年中神经科学最有影响力的突破之一。它涉及使用特定频率的光来控制转基因生物中的神经元。神经元，像所有细胞一样，有'离子渠道”:膜蛋白它可以打开或关闭，调节进出细胞的带电粒子的流动，从而调节神经元的电行为。现在，由于光遗传学，它们可以被改变为光敏的——光本质上可以用来打开或关闭转基因生物的这些通道，让研究人员可以控制神经元何时以及何时发射。现在，日本冈山的科学家们进行了一项新的研究，提出了一种基于光遗传学的很有前途的新工具来研究神经元。但是为什么这个工具对神经科学家如此有吸引力呢?

虽然光遗传学确实促进了我们对神经元的理解，但这项技术也有一些局限性。特别是，调节负电荷离子流动的光敏型负电荷离子或“阴离子”通道蛋白，其多样性远低于它们的正电荷离子或“阳离子”通道蛋白(用于正电荷离子)。而光敏阳离子通道可以通过光来“激活”神经元，而光敏阴离子通道则可以充当神经元的“消音器”，在正确频率的光照下阻止神经元放电。

日本科学家的这项新研究发表在物理化学字母杂志，扩展光学神经元沉默的可用选项，并探讨GTACR2的电位，来自藻类的自然光调节阴离子通道。

科学家首先在GTACR2氨基酸中引入了战略突变，以产生更多的光响应性阴离子通道，并使用大肠杆菌细菌测试结果。他们发现了打开通道所需的频率的偏移。突变体GTACR2通道也持续多于正常对应物。Yuki Sudo博士，Keiichi Kojima博士和冈山大学的Natsuki Miyoshi女士领导了这项研究，备注：“长期神经抑制一般需要重复的持久照明;然而，这总是加热组织，导致生理和行为变化和组织损伤。使用观察到的延长通道开口，GTACR2突变体将是一个有效的神经消声器，在长期鳞片上具有较低的照明时间和更少的热依赖效果。“

通过用不同的光频率照射它们，也可以激活GTACR2突变体并灭活。用绿灯照射频道打开它们，沉默神经元，但用红灯照射导致它们快速关闭。这种“阶段功能”的财产可以给未来的科学家更精细地控制通道和相关神经元的状态，为神经学实验提供更复杂的工具。

从基础研究和应用科学的角度来看，在神经科学的所有领域中，拥有一种高度可控、持久的神经沉默技术是无价的。在这方面，Kojima博士补充道:“在人类中，神经抑制在许多生理现象中起着重要作用，比如睡眠、觉醒、昼夜节律和激素分泌。我们希望，利用我们的工程蛋白，通过光遗传神经沉默，可以加快我们在分子水平上对上述现象的理解，这将导致睡眠障碍、时差反应和生活方式相关疾病的新疗法的发展。”这项研究中揭示的工具有望带来医学和神经科学领域的许多进步，因为科学家们继续探索迄今为止最难回答的问题之一:究竟是如何做到的神经元和大脑工作？

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