蚊子促进了大脑研究

科学家们从蚊子身上提取了一种光敏蛋白，并用它设计了一种改进的方法来研究老鼠大脑中神经元之间传递的信息。

　　

蚊子体内的一种蛋白质能让我们更好地了解自己大脑的工作原理吗？魏茨曼科学研究所神经生物学系的Ofer Yizhar教授和他的团队从蚊子身上提取了一种光敏蛋白，并用它设计了一种改进的方法来研究老鼠大脑中神经元之间传递的信息。这个方法，今天发表在《神经元》杂志上，有可能帮助科学家解开古老的大脑谜团，为治疗神经和精神疾病的新疗法和改良疗法铺平道路。

伊扎尔和他的实验室团队开发了所谓的光遗传学方法——研究技术，使他们能够“反向工程”大脑中特定脑回路的活动以便更好地理解它们的功能。光遗传学利用被称为视紫红质的蛋白质来控制小鼠大脑神经元的活动。视紫红质是一种光感应蛋白质，最为人所知的是它们在视网膜等器官中的作用，而不是在黑暗的身体内部。但是，当他和他的团队将一束微光照射进老鼠的大脑时，伊扎尔老鼠大脑中的视紫红质使他能够控制特定神经元的活动。他对神经元之间的交流特别感兴趣：什么信号通过突触，大脑信号通过的缝隙？”我们可以检测到各种神经递质的存在，但不同的神经元对这些神经递质的“解读”是不同的光遗传学使我们不仅能看到‘墨迹’，而且能真正破译‘信息’。“

虽然近年来光遗传学方法在世界各地的实验室中取得了一些突破性成果，但它们可能有点挑剔。尤其是，用于光遗传学研究的视紫红质在控制突触（神经元之间的微小连接）的活动方面往往是不完善的。

Yizhar和他的一大组学员，包括Mathias Mahn博士、Inbar Saraf Sinik博士和Pritish Patil博士，他们相信他们可以制造出比现在更好的视紫红质。”我们决定四处看看，看看那里有什么天然的解决方案。事实证明，自然界中的视紫红质分子有着多种多样的变化，不仅在动物的眼睛里，而且在鱼、昆虫、甚至哺乳动物的身体各个部位都携带着视紫红质；有些可能是为了调节它们的昼夜节律，有些则是为了未知的目的。因此，研究小组首先列出了一长串潜在的视紫红质蛋白质，他们的第一项工作是评估哪些蛋白质最有可能满足他们的实验要求，其中主要包括能够调节突触活动的光门控蛋白质。最后，研究人员将他们的名单筛选为两份——一份来自河豚，另一份来自蚊子。

结果证明蚊子视紫红质是最合适的。为了评估蚊子衍生的新工具的有效性，研究人员用一种已知会降低大脑神经元间通讯强度的药物测试了他们的方法。他们发现这种干扰同样有效，而且蚊子视紫红质的干扰更稳定。

更重要的是：与影响大脑多个部位且难以控制的传统药物不同，研究人员发现，由于只有产生蚊子传感器的神经元才会受到光的影响，对大脑突触的调节作用可以在空间和时间上精确控制——只需在特定的大脑区域打开或关闭光线。然后，他们验证了这种新工具的实用性，用它来阻断大脑一侧多巴胺的释放：用绿光照射表达蚊子视紫红质的半球，导致这些老鼠的行为出现片面的偏差。换句话说，他们创造了一种精确、有选择性和可控的工具。“蚊子视紫红质的一个主要优点是它是双稳态的——也就是说，它不需要刷新——而且它可能非常特异，因此我们可以控制我们感兴趣的精确突触，”Yizhar说这是一项非常令人兴奋的技术，因为它将允许我们以一种以前不可能的方式发现大脑中特定通路的作用。我们认为，这种蚊子蛋白可以为开发一整套用于神经科学研究的新的光遗传学工具开辟道路。“这些科学努力将在新的大脑和神经科学研究所的框架内得到极大的推动——魏茨曼研究所的旗舰项目，预计将汇集领先的科学家来自各个领域的研究小组将共同努力揭开大脑的奥秘

Journal Reference:

1. Mathias Mahn, Inbar Saraf-Sinik, Pritish Patil, Mauro Pulin, Eyal Bitton, Nikolaos Karalis, Felicitas Bruentgens, Shaked Palgi, Asaf Gat, Julien Dine, Jonas Wietek, Ido Davidi, Rivka Levy, Anna Litvin, Fangmin Zhou, Kathrin Sauter, Peter Soba, Dietmar Schmitz, Andreas Lüthi, Benjamin R. Rost, J. Simon Wiegert, Ofer Yizhar. Efficient optogenetic silencing of neurotransmitter release with a mosquito rhodopsin. Neuron, 2021; DOI: 10.1016/j.neuron.2021.03.013