Optogenetika

Voorbeeld van optogenetiese aktivering van die frontale lob

Optogenetika (van Grieks optikós, d.i. sigbaar, waargenome) is 'n biologiese tegniek wat lig aanwend om selle in lewende weefsel, tipies neurone wat geneties gemodifiseer word om uitdrukking te gee aan ligsensitiewe ioonkanale, te beheer. Dit is 'n metode van neuromodulasie wat in neurowetenskap gebruik word, wat optiese en genetiese tegnieke kombineer om die aktiwiteite van indiwiduele neurone in vivo te moniteer en beheer — selfs in vrylik bewegende diere — en wat hierdie gemanupuleerde effekte deurlopend kan registreer.[1]

Reagente en implementering

[wysig | wysig bron]

Die sleutelreagente van optogenetika is ligsensitiewe proteïene. Neuronale beheer word bewerkstellig deur die gebruik van optogenetiese aktuatore soos kanaalrhodopsien (ligsensitiewe ioonkanale), halorhodopsien (ioonpomp) en mikrobiese oftewel archaerhodopsien, terwyl die optiese waarneming van neuronale aktiwiteit deur optogenetiese sensore vir kalsium (GCaMP), vesikulêre vrystelling (sinaptopHluorien), neurosenders (GluSnFRs), of membraanspanning (ASAP1) gefasiliteer word.[2][3]

Beheer en effekbepaling is beperk tot die geneties gedefinieerde neurone, en word ruimtelik-temporaal deur lig bewerkstellig. Dit word uitgevoer deur geen-ekspressie van ligsensitiewe ioonkanale, ioonpompe of lig-geaktiveerde ensieme wat op die teikenselle inwerk. Lig-geaktiveerde ensieme en transskripsiefaktore fasiliteer op enkelselvlak presiese beheer oor biochemiese seinweë.[4] In stelselneurowetenskap is die vermoë om aktiwiteitsbeheer te implementeer oor 'n geneties-gedefinieerde stel neurone aangewend om hul bydrae tot besluitneming,[5] leervaardigheid,[6] vreesgeheue,[7] paringsgedrag[8] en verslawing[9] te verstaan. In 'n eerste mediese toepassing van optogenetiese tegnologie is die sig van 'n blinde pasiënt deels herstel.[10] In 'n breër opsig sluit optogenetika ook metodes in wat sellulêre aktiwiteit meet deur middel van geneties geënkodeerde indikatore.

Ontwikkeling

[wysig | wysig bron]

Die vroegste benaderings tot optogenetiese beheer is deur Boris Zemelman en Gero Miesenböck ontwerp en toegepas[11][12] by die Sloan-Kettering-kankersentrum in New York Stad, en Dirk Trauner, Richard Kramer en Ehud Isacoff by die Universiteit van Kalifornië, Berkeley. Hierdie metodes het wel ligsensitiwiteit verleen, maar ander laboratoria het weens die etlike essensiële komponente van hierdie benaderings nie opvolgwerk gedoen nie. 'n Daaropvolgende enkelkomponent-benadering wat mikrobiese opsiengene benut, is in 2005 van stapel gestuur en het wyd byval gevind. Optogenetika is bekend vir die hoë hoek- of ruimtelike resolusie sowel as die temporale resolusie wat dit bied om die aktiwiteit van spesifieke soorte neurone te verander en sodoende 'n subjek se gedrag te beheer.

In 2010 is optogenetika uit al die studievelde in wetenskap en ingenieurswese gekies as die "metode van die jaar" deur die interdisiplinêre navorsingsjoernaal Nature Methods.[13] Terseldertyd is optogenetika uitgelig in 'n artikel oor deurbrake van die dekade in die akademiese navorsingsjoernaal Science.[14] Hierdie joernale het ook verwysings na 'n onlangse algemeen beskikbare video (Metode van die jaar video) van algemene belang ingesluit, benewens tekstuele (SciAm) opsommings van optogenetika.

Kyk ook

[wysig | wysig bron]

Verwysings

[wysig | wysig bron]
  1. ↑ Deisseroth, K.; Feng, G.; Majewska, A. K.; Miesenbock, G.; Ting, A.; Schnitzer, M. J. (2006). "Next-Generation Optical Technologies for Illuminating Genetically Targeted Brain Circuits". Journal of Neuroscience. 26 (41): 10380–6. doi:10.1523/JNEUROSCI.3863-06.2006. PMC 2820367. PMID 17035522.
  2. ↑ Mancuso, J. J.; Kim, J.; Lee, S.; Tsuda, S.; Chow, N. B. H.; Augustine, G. J. (2010). "Optogenetic probing of functional brain circuitry". Experimental Physiology. 96 (1): 26–33. doi:10.1113/expphysiol.2010.055731. PMID 21056968.
  3. ↑ Treger, Jeremy (2015). "Single-molecule fluorimetry and gating currents inspire an improved optical voltage indicator". eLife. 4: e10482. doi:10.7554/eLife.10482. PMC 4658195. PMID 26599732.
  4. ↑ Shimizu-Sato S, Huq E, Tepperman JM, Quail PH (Oktober 2002). "A light-switchable gene promoter system". Nature Biotechnology. 20 (10): 1041–1044. doi:10.1038/nbt734. PMID 12219076. S2CID 24914960.
  5. ↑ Guo ZV, Li N, Huber D, Ophir E, Gutnisky D, Ting JT, et al. (Januarie 2014). "Flow of cortical activity underlying a tactile decision in mice". Neuron. 81 (1): 179–194. doi:10.1016/j.neuron.2013.10.020. PMC 3984938. PMID 24361077.
  6. ↑ Lak A, Okun M, Moss MM, Gurnani H, Farrell K, Wells MJ, et al. (Februarie 2020). "Dopaminergic and Prefrontal Basis of Learning from Sensory Confidence and Reward Value". Neuron. 105 (4): 700–711.e6. doi:10.1016/j.neuron.2019.11.018. PMC 7031700. PMID 31859030.
  7. ↑ Liu X, Ramirez S, Pang PT, Puryear CB, Govindarajan A, Deisseroth K, Tonegawa S (Maart 2012). "Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall". Nature. 484 (7394): 381–385. doi:10.1038/nature11028. PMC 3331914. PMID 22441246.
  8. ↑ Tanaka R, Higuchi T, Kohatsu S, Sato K, Yamamoto D (November 2017). "Optogenetic Activation of the fruitless-Labeled Circuitry in Drosophila subobscura Males Induces Mating Motor Acts". The Journal of Neuroscience. 37 (48): 11662–11674. doi:10.1523/JNEUROSCI.1943-17.2017. PMC 6705751. PMID 29109241.
  9. ↑ Stamatakis AM, Stuber GD (November 2012). "Optogenetic strategies to dissect the neural circuits that underlie reward and addiction". Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 2 (11): a011924–a011924. doi:10.1101/cshperspect.a011924. PMC 3543095. PMID 23043156.
  10. ↑ Sahel JA, Boulanger-Scemama E, Pagot C, Arleo A, Galluppi F, Martel JN, et al. (Julie 2021). "Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy". Nature Medicine. 27 (7): 1223–1229. doi:10.1038/s41591-021-01351-4. PMID 34031601.
  11. ↑ Zemelman, B. V.; Lee, G. A.; Ng, M.; Miesenböck, G. (2002). "Selective photostimulation of genetically chARGed neurons". Neuron. 33 (1): 15–22. doi:10.1016/S0896-6273(01)00574-8. PMID 11779476.
  12. ↑ Zemelman, B. V.; Nesnas, N.; Lee, G.A.; Miesenböck, G. (2003). "Photochemical gating of heterologous ion channels: Remote control over genetically designated populations of neurons". PNAS. 100: 1352–7. doi:10.1073/pnas.242738899. PMC 298776. PMID 12540832.
  13. ↑ Inleiding tot Optogenetika: Pastrana, Erika (2010). "Optogenetics: Controlling cell function with light". Nature Methods. 8 (1): 24–25. doi:10.1038/nmeth.f.323.
    Redaksie: "Method of the Year 2010". Nature Methods. 8 (1): 1. 2010. doi:10.1038/nmeth.f.321.
    Kommentaar: Deisseroth, Karl (2010). "Optogenetics". Nature Methods. 8 (1): 26–9. doi:10.1038/nmeth.f.324. PMID 21191368.
  14. ↑ News, Staff (2010). "Insights of the decade. Stepping away from the trees for a look at the forest. Introduction". Science. 330 (6011): 1612–3. Bibcode:2010Sci...330.1612.. doi:10.1126/science.330.6011.1612. PMID 21163985. {{cite journal}}: |last1= has generic name (hulp)