渐生素与Optimetics:我应该选择哪种方法?

由Maya Peters Kostman

通过给予神经元活动的靶向控制,化学性和致光学技术推动了神经科学的界限。虽然它们服务类似的目的,但两种技术都提供了研究人员的不同优点和局限性。

化学物质和邻光学的四种主要因素是:

  • 定时
  • 有针对性的操作
  • 控制刺激
  • 侵袭性

因此,选择最好的工具,因此取决于您要研究的内容。

化学物质的示意图与视神经遗传学,受体递送,受体激活和行为方面
图1:在小鼠实验中化学遗传学和光遗传学的差异示意图。病毒传递在这两种情况下是相同的,但激活依赖于小分子激活(化学遗传学)或光(光遗传学)。

定时

Optimetics.提供了一个高度的时间分辨率,接收器可以简单地打开和关闭与正确的波长光的存在或不存在。这种反应是即时的,以毫秒为单位,可以精确地将神经元的激活与行为联系起来。科学家们继续设计视蛋白,使其以越来越快的动力学速度运行。例如,视蛋白ChETA是一种ChR2视蛋白,在动力学上突变得更快,并允许神经元更快地再极化。

化学物质没有提供相同水平的控制时间。因为化学遗传学依赖于化学激活和药物在全身的扩散,受体激活的开始需要几分钟。因此,不可能立即引起反应或追踪激活的确切时间。受体的活性也被拉长,因为药物可以一直存在,直到被身体清除。给药一次可以导致几个小时的神经元兴奋或抑制。这种持续的激活期对于需要延长效果的治疗或行为应用是有益的。

有针对性的操作

致光生和化学工具都可以表达有针对性的对于神经元的特定组织,细胞类型或甚至亚细胞区域。光学方法在离散的细胞或组织次区域上瞄准瞄准光线递送的限制。在宽组织或系统范围内的化学生成术语excel,因为配体可以在整个体内到达靶细胞。

控制刺激

一些研究依赖于向受体传递可逆的或不同数量的刺激。光遗传学可以更好地控制这些因素,因为可以轻松快速地操纵或关闭光源。在化学遗传学中,虽然可以注入不同浓度的配体,但这并不精确,而且刺激的抵消是渐进的。

侵袭性

致敏和化学工具既需要通过AAV的病毒递送递送至细胞。您可以找到AAV工具Optimetics.化学物质在Addgen网站上。

光遗传学也要求正确波长的光到达大脑中的受体。解决这个问题的一种方法是研究大脑具有光感应能力的生物,比如斑马鱼的幼虫。然而,对小鼠的研究需要通过手术安装永久性的颅内植入物,以允许光线传递。

化学物质构成了侵入性和更灵活的优点,因为它依赖于可以通过注射简单地引入的设计者配体。使用配体的主要挑战是确保激动剂能够穿过血脑屏障,同时也是选择性和有效的同时。来自的新配体布莱恩罗斯实验室Takafumi Minamimoto的实验室被称为DESCHLOROCLOZAPINE.(DCZ)已开发出满足这些要求。

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TL;博士

如果需要精确的时性控制小型神经元,则使用邻苔族。如果需要广泛控制整个电路或组织系统,则使用越野。请注意,与所有工具一样,两种方法都遭受了在实验设计中应仔细控制的独特偏离目标副作用。

Optimetics. 化学物质
定时 快速激活/取消激活 长期激活
瞄准 进一步限制为照明区域 影响表达受体的所有细胞
侵袭性 小鼠需要永久性颅内植入物 非侵入性
控制刺激

外源性
容易控制

内源性
不容易控制

独特的优势 映射大脑
解剖电路
研究GPCR途径


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致谢

我们感谢布莱恩罗斯实验室有关本文的反馈并与我们分享他们的专业知识。

参考文献

城市DJ,Roth BL(2015)Dreadds(专门由设计师药物激活的设计师受体):具有治疗效用的化学工具。药理和毒理学年度审查55:399-417。https://doi.org/10.1146/annurev-pharmtox-010814-124803.

Vlasov, K., Van Dort, C. J., & Solt, K.(2018)。光遗传学和Chemogenetics。在酶学方法(第181-196页)。https://doi.org/10.1016/bs.mie.2018.01.022

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