光遗传学:从神经元功能到测序和疾病生物学Optogenetics: From Neuronal function to Mapping and Disease Biology

出版社：Cambridge

索书号：Q632/0-62/2017/Y

ISBN：9781107053014

藏书地点：武大外教中心

光遗传学，是研究人员使用一种新的光控方法选择并打开了某种生物的一类细胞。这也帮助科学家解答一个长期存在的难题，即关于脊髓中某类神经元的特殊功能的研究。光遗传学(optogenetics)结合遗传工程与光来操作个别神经细胞的活性，发现脑部如何产生γ波(gamma oscillations)，并为它们在调控脑部功能中的角色提供新证据，这将有助于发展一系列脑相关失调的新疗法。

光遗传学是近几年正在迅速发展的一项整合了光学、软件控制、基因操作技术、电生理等多学科交叉的生物工程技术。其主要原理是首先采用基因操作技术将光感基因(如ChR2，eBR，NaHR3.0，Arch或OptoXR等)转入到神经系统中特定类型的细胞中进行特殊离子通道或GPCR的表达。光感离子通道在不同波长的光照刺激下会分别对阳离子或者阴离子的通过产生选择性，从而造成细胞膜两边的膜电位发生变化，达到对细胞选择性地兴奋或者抑制的目的。

光遗传技术具有独特的高时空分辨率和细胞类型特异性两大特点，克服了传统手段控制细胞或有机体活动的许多缺点，能对神经元进行非侵入式的精准定位刺激操作而彻底改变了神经科学领域的研究状况，为神经科学提供了革命性的研究手段。光遗传学最初由米森伯克于2002年首次实现并于2005年由迪塞罗斯和博伊登进一步完善，其应用极大地增强了对大脑功能的理解。该技术利用基因操作技术手段，将外源光敏感蛋白基因导入活细胞，在细胞膜结构上进行光敏感通道蛋白的表达。然后通过特定波长光的照射，完成细胞膜结构上的光敏感通道蛋白的激活与关闭，以控制离子通道的打开与关闭，进而改变细胞膜电压的变化，如膜的去极化与超极化。当膜电压去极化超过一定阈值时就会诱发神经元产生可传导的电信号，即神经元的激活。相反，当膜电压超极化到一定水平时，就会抑制神经元动作电位的产生，即神经元的抑制。发展出一系列中枢神经系统疾病的新疗法。

光遗传学技术的应用在2010年后得到飞速的发展，应用研究领域涵盖多个经典实验动物种系(果蝇、线虫、小鼠、大鼠、绒猴以及食蟹猴等)，并涉及神经科学研究的多个方面，包括神经环路基础研究、学习记忆研究、成瘾性研究、运动障碍、睡眠障碍、帕金森症模型、抑郁症和焦虑症动物模型等应用。

最近，来自哥伦比亚大学的研究者们在《Hippocampus》杂志上发表文章称通过光遗传学的手段能够恢复患阿兹海默症小鼠的记忆。这一发现也许能够改变我们对于这一疾病的理解。

首先，作者通过给小鼠进行光遗传学改造，使其在储存记忆的时候发射黄色的荧光，而在重新获取记忆的时候发射红色的荧光。之后，作者给予接受了遗传改造的野生型小鼠与阿兹海默症小鼠以柠檬气味的刺激，之后再施加电刺激，从而使这两项记忆形成关联。一周之后，作者再次给这些小鼠柠檬气味的刺激。结果显示，野生型小鼠能够同时出现黄色与红色的荧光，而且出现了恐惧的表现，这说明其在形成记忆的同时也发生了记忆的重新获取(recall)。然而，阿兹海默症小鼠大脑发光的区域则明显不同，说明它们的大脑在记忆重新获取的过程中发生了紊乱。之后，研究者们利用一束蓝光刺激小鼠的大脑，从而能够再次激活小鼠对柠檬气味以及电刺激的记忆，从而小鼠在再次闻到上述气味的时候出现了颤栗的表现。这一结果或许能够为阿兹海默症的研究与治疗开拓新的视野，也能够为饱受疾病折磨的患者提供新的希望。

来自澳大利亚Edith Cowan大学的Ralph Martins认为该研究具有开发成为新型恢复阿兹海默症患者记忆的疗法的潜力。然而，关键问题在于小鼠模型研究得出的结论能够成功适用于临床。特别地，人类相比小鼠在患病过程中会丢失很多的神经元，因此难以准确地靶向与某一类记忆有关的受损神经。

《光遗传学:从神经元功能到测序和疾病生物学》一书于2017年由Cambridge出版社出版，作者是Krishnarao Appasani。本书全面评估和回顾了光遗传学的发展，旨在进一步阐明对理解正常以及异常的精神认知过程至关重要的潜在机制。通过介绍光遗传学在不同学科中的应用，本书阐明了许多神经精神病学和神经科学的主题，如视网膜转导，异常的神经过程，以及相关神经退行性疾病的后续影响。

本书作为研究光遗传学的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂。适合在大学课程中学习光遗传学或感兴趣的读者阅读。

除此之外本书还有以下特点：

1、本书不仅介绍了光遗传学的理论知识，还对光遗传学在各类学科中的应用进行了研究，使读者能够更加全面的了解该领域的专业知识。

2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。

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本书目录

1. 模式生物中的光遗传学

2. 视蛋白生物学，工具和技术平台

3. 神经生物学和脑回路中的光遗传学和可塑性

4. 学习、神经精神疾病和行为中的光遗传学

5. 视觉恢复与记忆中的光遗传学研究

6. 睡眠和修复中的光遗传学和神经退行性疾病的表观遗传学

兰天武汉大学生命科学学院博士研究生