抢发论文续篇：简化磁遗传学

　　

——一项最新技术能帮助研究人员快速可逆的利用一种磁敏感蛋白激活神经元

生物通报道：去年9月，《Science Bulletin》发表了清华大学张生家课题组的一篇论文。该论文提到了一种新的遗传工具，可以与光遗传学相似的方式操纵神经元激活。但邻近北京大学的生物物理学家谢灿则称，是他发现了这一蛋白的磁感应能力，由此引发了备受学界关注的论文抢发事件。Nature：清华大学学者因抢发成果遭解聘

其实早在2008年，科学家们就发表了PNAS文章，指出奶牛在野外能根据地球的磁场确定方向。细菌也表现出感知磁场的能力，并使用这些输入信号作为行为的线索。不过这些关于动物体内感应磁场的生物分子和遗传途径的观点，并未得到证实，直到去年6月德州大学的一组研究人员确定了秀丽隐杆线虫用于定位的磁敏神经元。BioTechniques关注北大清华抢发研究成果

在这些研究的基础，近期来自弗吉尼亚大学的Ali Güler 等人将在神经末端中发现的一种通道蛋白与ferritin储铁蛋白磁敏感区域融合在一起，设计构建出了选择性激活神经元的简便方法。

这一研究成果公布在3月7日Nature Neuroscience杂志上。这项研究利用磁体开关基因，跟踪神经回路，能用于鉴别与行为或感觉相关的神经元，从而有望为科学家提供一种非侵入式光遗传学技术。

来自杜克大学的Wolfgang Liedtke（未参与该项研究）表示，“这样任何携带Magneto的动物，都能通过磁场进行远程控制了！”。

Magneto就是这项研究构建的融合蛋白，研究人员用X战警里“万磁王”的名字来给它命名，代表了这种蛋白的强大磁性。融合蛋白主要通过对机械压力有反应的离子通道TRPV4，与含铁蛋白基因混合，同时也加入了能限制其特异性表达某些神经元类型，并直接插入到神经元细胞膜上的片段，这样构建好的融合蛋白，再通过病毒传递到小鼠大脑中去。

研究证明，当磁铁靠近带有Magneto的细胞时，就会打开离子通道，引发级联反应，从而将大脑中的信号一一开启。此外研究人员也在活体斑马鱼中进行了检测，斑马鱼是大脑发育研究的一种重要模式生物。

研究人员发现斑马鱼中可以表达Magneto蛋白的神经元，可以用于调控这种动物的逃避反应。也就是说将斑马鱼放置在能诱导逃避反应的磁场中，Magneto就能做出相应的反应，同时将Magneto引入到小鼠奖励和激励的大脑区域中，也会导致这种小鼠比正常小鼠更长时间停留在磁场区域中。

之前的研究已经证明神经系统能对不同形式的刺激产生反应，但要直接了解各种刺激对大脑的影响，并不容易，来自哈佛大学的神经学家Steve Ramirez（未参与该项研究）说，“以前（利用磁场来控制神经活性）的研究需要多个元件系统来协调工作，比如注射磁性颗粒，注射能表达热敏通道的病毒，还有固定动物，才能完成这一套实验。而这一套系统采用了一种简单的，可以在大脑任何地方注射的病毒，从而在技术上更加容易实现，也能更少的需要配件，这一行为装备也巧妙的包含了磁场，从而动物能自由走动。”

（生物通：万纹）

原文摘要：

Genetically targeted magnetic control of the nervous system

Optogenetic and chemogenetic actuators are critical for deconstructing the neural correlates of behavior. However, these tools have several limitations, including invasive modes of stimulation or slow on/off kinetics. We have overcome these disadvantages by synthesizing a single-component, magnetically sensitive actuator, “Magneto,” comprising the cation channel TRPV4 fused to the paramagnetic protein ferritin. We validated noninvasive magnetic control over neuronal activity by demonstrating remote stimulation of cells using in vitro calcium imaging assays, electrophysiological recordings in brain slices, in vivo electrophysiological recordings in the brains of freely moving mice, and behavioral outputs in zebrafish and mice. As proof of concept, we used Magneto to delineate a causal role of striatal dopamine receptor 1 neurons in mediating reward behavior in mice. Together our results present Magneto as an actuator capable of remotely controlling circuits associated with complex animal behaviors.