光遗传学及其在神经科学方面的应用与进展

光遗传学是一种通过向哺乳动物的神经细胞转染微生物视蛋白基因,使其可以对光照产生应答从而调节神经元活性的技术。该技术在研究中具有显著优势,但同时也存在诸多局限。近年来,有关光遗传学的研究数量迅猛增长,该技术也使多个研究方向实现了重大突破,其中包括对神经系统和视觉通路,以及多种疾病治疗方法的研究。从光遗传学技术的发明和作用机理引入,综述并讨论其在神经科学方面的应用与进展。     

光遗传学工具的开发及其应用研究

细胞所处微环境的动态变化对细胞分化、细胞信号通路、个体生长以及疾病等有很大影响。光遗传学技术利用基因编码蛋白质表达并结合光控的手段为动态调控细胞信号通路、细胞定位和基因表达等方面提供了一种全新、无损、可逆、非侵入、时空特异性的研究手段。文中总结了光遗传学元件的类型以及涉及的细胞信号通路,并探讨了光控细胞信号通路的应用与未来发展前景。     

光遗传学技术用于调控细胞信号通路的研究

光遗传学技术结合蛋白的遗传学表达与激光的光控和成像,可实现对细胞内特定信号通路分子的快速激活与调控,在细胞生物学的研究中具有广阔的应用前景。至今为止,越来越多的光控元件被发现,它们具备不同的结构特征及光反应特性,极大的扩展了光遗传学技术的生物医学应用。该综述将对不同种类的光控元件及其应用于活细胞中信号通路调控的研究进行总结。     

利用光遗传学研究抑郁行为神经机制的新进展

光遗传学技术是将光学、遗传学和分子生物学结合而产生的一门新技术。此项技术凭借能高度精确地改变清醒的、可自由活动的动物脑内靶神经元功能状态的优势,有望成为抑郁行为神经机制研究的理想手段。本文在简介光遗传学技术及其优越性的前提下,对该技术在抑郁行为神经机制研究中的应用进展做一综述。     

光遗传学

虽然＂光遗传学＂只是一种技术方法,但它在文献中正愈来愈多地被提到。光遗传学结合了重组DNA技术与光学技术,对细胞生物学的研究非常有用。它被广泛应用于活细胞内目标蛋白质的跟踪以及选择性地控制脑中某类细胞的特定的神经活动从而推动了神经科学研究的深入。近来光遗传学的应用扩展到了信号转导的研究,也开始有医学临床的应用的报道。进一步发展光遗传学无疑将推动合成生理学的研究。光遗传学被《自然-方法学》期刊评为2010年年度方法。     

侧臂旁核与痒觉中枢神经通路北大核心CSCD

痒觉（itch sensation）,是机体重要感觉之一,作为一种激发搔抓欲望的不快感;痒觉其实亦为一种重要的保护反应,其可被多种因素诱发,如感染、干燥、虫咬、皮损、及系统疾病等;由于痒觉可为诸多重大疾病的征兆,因此,其成为医学界热点之一。痒觉具有独特神经传导通路,并经由该通路,启动搔抓行为（scratching behavior）。近年来,对痒觉神经传导通路的研究多集中于脊髓传导层面,并已在背根神经节和脊髓,鉴定出痒觉特异神经元,然而,其中枢神经通路,却知之甚少。     

Hippo信号通路在果蝇遗传学研究中的发现与扩展

Hippo信号通路的发现是利用果蝇遗传学研究重大生物学问题的又一里程碑式的贡献。大量研究表明,Hippo信号通路像早期发现的其他信号通路一样,也在众多的生理与病理过程中扮演着关键角色,如控制器官尺寸和癌症发生。迄今为止,Hippo信号通路的研究过程主要经历了3个阶段：第一,Hippo信号通路的遗传学发现及其核心因子的筛选与鉴定;第二,Hippo信号通路的调控机制研究;第三,Hippo信号通路的多样性生理学功能。现阶段正是研究Hippo信号通路的上游调控和各种功能的阶段,如细胞骨架、机械张力、营养的调控,功能涉及细胞增殖调控、干细胞生物学和免疫等方面。本文按时间顺序综述了在果蝇遗传学研究中Hippo信号通路的发现与扩展过程,并对未来的研究方向进行了展望。     

内源性痛觉调制系统的双向调节

近年来在内源性痛觉调制系统的调控机制方面取得了重大进展。脑干的羟胺能通路和去甲肾上腺素能通路共同构成了控制脊髓水平伤害性信息传递的下行调控系统。在组织损伤和炎症后,疼痛下行调节系统在功能上表现出可塑性。脑干的下行抑制及易化系统是同时被激活的,抑制及易化通路之间的相互平衡是影响脊髓兴奋性增高及痛觉过敏形成的关键。当下行抑制及易化调节系统的失衡并引起的内源性易化系统的效应增高时,非伤害性刺激也可被感觉为疼痛。     

脊髓以上水平疼痛相关神经通路机制的研究进展

疼痛是一种多维度的情感体验,痛感觉和痛情绪是其最主要的两个组分。关于疼痛,以往研究只专注于痛觉传递通路的某个环节或某个关键脑区,缺乏行为个体脑区与脑区连接在整体状态下参与疼痛或调节疼痛的证据。新的实验工具和实验技术的诞生,为痛感觉和痛情绪的神经通路研究带来了曙光。本文综述了近年来脊髓水平以上的神经系统(包括丘脑、杏仁核、中脑导水管周围灰质、臂旁核和内侧前额叶皮层)参与形成痛感觉和调节痛情绪的神经通路结构和功能基础,为疼痛的深入研究提供线索。     

真菌遗传学方法研究进展

真菌是一种数量种类庞大的真核生物,广泛存在于环境之中,在农业、工业和医学领域发挥着极其重要的作用。研究其遗传信息、解析相关基因功能及其通路,将更好地服务于人类发展需求。近年来,随着各种遗传学研究方法的不断改进与创新,各种方法技术逐步成熟。根据机制的不同,可分为正向遗传学与反向遗传学两类。正向遗传学是由表及里的研究方法,通过其表型的改变进而研究其基因变化。反向遗传学是由里及表的研究方法,通过基因分析后进行基因的定向敲除,然后研究其表型变化。真菌种类繁多,各种研究方法的原理也不尽相同,综合各种利弊,选择适当的研究方法有利于提高研究效率。文中根据正向遗传学与反向遗传学的研究状况进行了综述。     

光遗传学技术研究进展

光遗传学技术是结合遗传学和光学对生物体特定细胞实现精确光控的新兴生物技术。自基于微生物视蛋白的光遗传学策略应用以来,光遗传学在视蛋白的开发与优化,基于病毒和重组酶的遗传学定位表达以及光学传输技术等方面都取得了显著进展。光遗传学在现代神经生物学领域应用广泛,在神经环路、行为、中枢神经系统疾病、精神疾病的机理研究中发挥着重要作用。主要介绍光遗传学技术的发展历程,重点介绍光遗传学工具的优化以及定位表达,旨在为光遗传学及相关领域的研究发展提供参考。     

利用邻近细胞遗传学技术揭示哺乳动物体内细胞间相互作用

细胞与细胞之间的交流和相互作用是多细胞生物的一项基本特征,解析细胞之间的相互作用对于深入了解多种生物学过程及其调控机制具有重要意义。但是目前领域内缺乏研究体内细胞互作的技术手段。该团队将人工合成Notch信号通路(synNotch)技术与传统遗传学手段相结合,建立了邻近细胞遗传学技术,用于监测细胞间相互作用并永久示踪接触过的细胞。通过构建表达synNotch通路的遗传工具小鼠,该团队在两种不同类型细胞中分别表达synNotch配体蛋白和受体蛋白,当相邻细胞配体和受体特异结合后, synNotch信号通路被激活从而开启下游报告基因原件的表达,实现遗传标记和永久示踪受体细胞。该团队利用邻近细胞遗传学技术揭示了心脏中心肌细胞和内皮细胞,以及肿瘤中肿瘤细胞和内皮细胞之间的动态相互作用。邻近细胞遗传学技术可以解决众多与细胞相互作用相关的重要科学问题,有助于开拓新的细胞互作研究方向。     

促分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)信号传导通路的研究进展

MAPK信号传导通路在真核生物细胞的生化和分化、细胞周期调节和细胞凋亡过程中发挥着重要的作用。生物化学研究和分子生物学鉴定表明：在酵母和哺乳动物细胞中MAPK信号传导通路都有一个保守的三组分激活模件,该模件内的激酶引发了一系列的磷酸化级联反应。了解MAPK信号传导通路的组成部分、调控方式和作用机制,有助于对因信号传导通路的调节失控而引起的疾病进行预防和治疗。     

光控表达系统在合成生物学中的调控作用

光遗传学技术是将遗传学技术与光控技术相结合,利用光源控制生物过程的一项全新技术。光控表达系统是基于光遗传学技术与合成生物学方法相结合的策略,将光作为感测模块与生物体内已有的基因模块组合构成全新的基因回路,通过光信号动态调控基因表达的系统。该系统是一种低成本、低毒性、高灵活性的新型动态调控开关,对基因精准调控的同时还能有效解决能源短缺问题。目前,该系统已经成熟地应用于疾病诊疗、材料合成等领域,同时也极大促进了微生物代谢及合成生物学的发展。光受体是光遗传学技术中不可缺少的工具元件,根据不同生物光受体的感光特性,介绍用于控制基因表达的光调控系统,重点分析其在调控微生物系统内基因表达、代谢途径和药物递送中的应用,探讨光遗传学技术在合成生物学应用中可能存在的问题及未来发展前景。     

主动运动和被动运动的镇痛效果及其镇痛机制

主动运动和被动运动可以有效缓解各种急性疼痛和慢性疼痛,且主动运动诱发的镇痛效果强于运动参数相似的被动运动.文章在讨论运动镇痛机制的基础上,探讨了主、被动运动镇痛效果存在差异的原因.具体来说,通过比较两种运动传导运动信息的下行通路和传导躯体感觉/本体感觉的上行通路,论述了主、被动运动在生理(外周神经系统和中枢神经系统)和心理(情绪和认知)层面上镇痛机制的异同.由于被动运动缺少运动下行控制且肌肉激活程度小,其在外周镇痛物质含量和皮层水平上对疼痛的调控弱于主动运动.此外,被动运动相比主动运动不易诱发积极情绪,较难转移对疼痛的注意力,缺乏身体掌控感并拥有较低的身体归属感,进而导致较弱的镇痛效果.最后,文章指出了目前本领域研究的局限性,并对运动镇痛未来的研究方向和方法提出了建议.     

光遗传学在治疗神经内科疾病中的研究进展

神经内科疾病为临床常见疾病。其发病机制复杂,若不及时干预治疗,易导致所患疾病恶化,并伴随多种并发症,严重危害患者的身心健康。因此,深入了解大脑中枢神经细胞的调控机制成为神经科学领域的主要任务。近几年,随着光遗传学的建立与飞速发展,这项能够进入神经元并且精确控制细胞的技术为研究者在细胞水平上进一步探索神经内科疾病的发病机制,以及治疗此类疾病的方法提供了帮助。从光遗传学的发展历史、光敏感蛋白的发现以及光遗传学在部分常见神经系统疾病中的研究进展三个方面对光遗传学进行阐述,为研究者在探索临床上治疗神经内科疾病提出了新方法,进一步促进了人类对大脑各神经元作用的了解。     

中枢表达c-fos的细胞与疼痛有关

第六届世界疼痛大会(1990年4月1～6日在澳大利亚召开)的进程表明:疼痛研究正经历一场重大变革,以往寻找躯体感觉标记线式(lablled line)感觉通路的研究已被针对感觉神经元可塑性的研究所取代。也就是说一个神经元的兴奋性和对突触传入的反应性易于发生改变;它们依据环境条件对伤害性和/或无害刺激发生反应。现已证明,脊髓神经细胞在外周组织受损时具有这种可修饰性。人们终于接受传导痛觉的神经     

光遗传学技术在神经生物学领域的发展及应用

光遗传学技术是基因工程学与光学相结合的一项新兴技术。简要介绍了光遗传学技术的概念、发展过程及作用机理,概述了光遗传学技术中通道视蛋白的类型和该技术在神经生物学领域的应用。     

脊髓损伤中RhoA/ROCK通路的作用机制研究

脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统损伤,常导致患者瘫痪或死亡,预后差。脊髓损伤主要包括机械损伤和继发性损伤两个过程。在继发性损伤过程中,多种信号通路被激活,在脊髓损伤的发病机制中起重要作用,其中,RhoA/Rho信号通路在脊髓变性和再生中起着特殊的作用。本文讨论RhoA/Rho激酶信号介导的脊髓发病机制,以及针对RhoA/ROCK通路靶向药物的治疗进展。     

光敏蛋白LOV在调控细胞信号中的研究进展

光敏蛋白是光遗传学技术中的关键工具,与经典的光敏蛋白不同,光、氧、电压结构域(lightoxygen-voltage sensing domain,LOV)光敏蛋白除本身具有生物学功能外,还能够在改造后与众多目标分子联合运用调控细胞信号进而影响细胞功能。然而,当前将LOV作为光敏开关加以运用还不普遍。现拟重点对LOV的作用机制和条件以及当前在调控细胞信号通路中的运用进行综述,为将LOV应用于精确调控细胞信号提供参考。