Optogenetika - Optogenetics
Optogenetika (z řecký optikós „viděný, viditelný“) nejčastěji odkazuje na biologickou techniku, která zahrnuje ovládání světlem pomocí světla neurony které byly geneticky modifikovány na vyjádřit citlivý na světlo iontové kanály. Jako taková je optogenetika a neuromodulace metoda, která využívá kombinaci technik z optika a genetika kontrolovat činnosti jednotlivce neurony v živá tkáň - dokonce i ve volně se pohybujících zvířatech.[1] V některých použitích se optogenetika také týká optického monitorování aktivity neuronů[1] a řízení biochemických drah v jiných než neuronálních buňkách,[2] ačkoli tyto výzkumné činnosti předcházely použití iontových kanálů citlivých na světlo v neuronech.[3][4] Protože někteří autoři používají optogenetiku k označení pouze optické kontroly aktivity geneticky definovaných neuronů a nikoli těchto dalších výzkumných přístupů,[5][6][7] termín optogenetika je příkladem polysemy.
Neuronální kontroly je dosaženo pomocí optogenetické akční členy jako channelrhodopsin, halorhodopsin, a archaerhodopsin, zatímco optický záznam neuronových aktivit lze provést pomocí optogenetické senzory pro vápník (GCaMPs ), vezikulární uvolnění (synapto-pHluorin ), neurotransmitery (GluSnFRs ) nebo membránové napětí (Quasars, ASAP).[8] Kontrola (nebo záznam) aktivity je omezena na geneticky definované neurony a provádí se prostorově-časově specifickým způsobem světlem.
V roce 2010 byla interdisciplinárním výzkumným časopisem vybrána optogenetika jako „Metoda roku“ napříč všemi oblastmi vědy a techniky Přírodní metody.[9] Zároveň byla optogenetika zdůrazněna v článku „Průlomy desetiletí“ v časopise pro akademický výzkum Věda.[10][11][7]
Dějiny
V roce 1979 Francis Crick navrhl, že ovládání všech buněk z jednoho typu v mozku a ponechání ostatních víceméně nezměněných je pro neurovědu skutečnou výzvou. Francis Crick spekuloval, že technologie využívající světlo může být užitečná pro řízení neuronální aktivity s časovou a prostorovou přesností, ale v té době neexistovala žádná technika, jak neurony reagovat na světlo.
Na začátku 90. let LC Katz a E Callaway ukázali, že světlo může uvolnit glutamát.[12] Heberle a Büldt v roce 1994 již prokázali funkční heterologní expresi bakteriorhodopsinu pro tok iontů aktivovaných světlem v kvasinkách.[13] Později v roce 1995, Georg Nagel et al. a Ernst Bamberg zkoušeli heterologní expresi mikrobiálních rhodopsinů (také bakteriorhodopsinu a také v jiném než neurálním systému, Xenopus oocyty) (Nagel et al., 1995, FEBS Lett.) a vykazovali proud indukovaný světlem.
Dřívější použití světla k aktivaci neuronů bylo provedeno Richard Fork,[14] kteří prokázali laserovou aktivaci neuronů v intaktní tkáni, i když ne geneticky cíleným způsobem. První geneticky cílená metoda, která využívala světlo k ovládání neuronů senzibilizovaných na rhodopsin, byla hlášena v lednu 2002, Boris Zemelman a Gero Miesenböck, který zaměstnával Drosophila rhodopsin kultivované savčí neurony.[15] V roce 2003 Zemelman a Miesenböck vyvinul druhou metodu pro světelně závislou aktivaci neuronů, při které byly jednotlivé ionotropní kanály TRPV1, TRPM8 a P2X2 brány v reakci na světlo ligovány fotokazbami.[16] Počínaje rokem 2004 vyvinuly skupiny Kramer a Isacoff ve spolupráci s organizacemi organické fotoswitche nebo sloučeniny s „reverzibilní klecí“. Trauner skupina, která by mohla interagovat s geneticky zavedenými iontovými kanály.[17][18] Metodika TRPV1, i když bez spouštěcího osvětlení, byla následně použita několika laboratořemi ke změně krmení, lokomoce a odolnosti chování u laboratorních zvířat.[19][20][21] Přístupy založené na světle pro změnu neuronální aktivity však nebyly použity mimo původní laboratoře, pravděpodobně proto, že brzy poté byl klonován snáze použitelný kanálrhodopsin.[22]
Peter Hegemann, studuje světelná odezva zelených řas na univerzitě v Regensburgu, objevili fotoproudy, které byly příliš rychlé na to, aby se to dalo vysvětlit klasickým g-proteinem zvířecí rodopsiny.[23] Spojení s elektrofyziologem Georg Nagel na Institutu Maxe Plancka ve Frankfurtu mohli prokázat, že jde o jediný gen z řasy Chlamydomonas produkoval velké fotoproudy, když byly vyjádřeny v oocytu žáby.[24] Za účelem identifikace exprimujících buněk nahradili cytoplazmatický ocas řasového proteinu fluorescenčním proteinem YFP, generování prvního obecně použitelného optogenetického nástroje.[22] V článku z roku 2003 uvedli, že „exprese ChR2 v oocytech nebo savčích buňkách může být použita jako účinný nástroj ke zvýšení cytoplazmatické koncentrace Ca2 + nebo k depolarizaci buněčné membrány jednoduše osvětlením“.
Karl Deisseroth z oddělení bioinženýrství ve Stanfordu publikoval stránky poznámkového bloku ze začátku července 2004 o svém počátečním experimentu ukazujícím světelnou aktivaci neuronů exprimujících kanálrhodopsin[25]). V srpnu 2005 Karl Deisseroth laboratoř včetně postgraduálních studentů Ed Boyden a Feng Zhang zveřejnil první demonstraci jednosložkového optogenetického systému v neuronech (ve spolupráci s Georg Nagel,[26]) za použití channelrhodopsin-2 Konstrukt (H134R) -eYFP od Nagela a Hegemanna.[22]
Zhuo-Hua Pan z Wayne State University, zkoumající obnovení zraku po slepotě, vyzkoušel kanálrhodopsin v gangliových buňkách - neurony v našich očích, které se spojují přímo s mozkem. Panovo první pozorování optické aktivace retinálních neuronů s channelrhodopsinem bylo podle Pana v srpnu 2004,[27] měsíc po počátečním pozorování Deisserotha. Transfektované neurony se skutečně staly elektricky aktivními v reakci na světlo a v roce 2005 Zhuo-Hua Pan zaznamenal úspěšnou in vivo transfekci channelrhodopsinu v gangliových buňkách sítnice myší a elektrické reakce na fotostimulaci v kultuře sítnicových řezů[28]
V dubnu 2005 uvedly Susana Lima a Miesenböck první použití geneticky zaměřeného P2X2 fotostimulace kontrolovat chování zvířete.[29] Ukázali, že fotostimulace geneticky ohraničených skupin neuronů, jako jsou skupiny neuronů dopaminergní systém, vyvolané charakteristické změny chování u ovocných mušek.
V říjnu 2005 Lynn Landmesser a Stefan Herlitze také publikovali použití channelrohodpsinu-2 k řízení neuronální aktivity v kultivovaných hipokampálních neuronech a kuřecích míchách v neporušených vyvíjejících se embryích.[30] Kromě toho poprvé zavedli rhodopsin obratlovců, světelně aktivovaný receptor spojený s G proteinem, jako nástroj k inhibici neuronální aktivity prostřednictvím náboru intracelulárních signálních drah také v hipokampálních neuronech a intaktním vyvíjejícím se kuřecím embryu.[30]
Skupiny Alexander Gottschalk a Georg Nagel vytvořili první mutant ChR2 (H134R) a jako první používali kanálrhodopsin-2 k řízení neuronální aktivity u intaktního zvířete, což ukazuje, že motorické vzorce v škrkavce Caenorhabditis elegans lze vyvolat světelnou stimulací geneticky vybraných nervových obvodů (publikováno v prosinci 2005).[31] U myší je kontrolované exprese optogenetických nástrojů často dosaženo metodami Cre / loxP specifickými pro buněčný typ vyvinutými pro neurovědu Joe Z. Tsien zpět v 90. letech[32] aktivovat nebo inhibovat specifické oblasti mozku a typy buněk in vivo.[33]
V roce 2007 byly laboratoře Edwarda Boydena a Karl Deisseroth (společně se skupinami Alexander Gottschalk a Georg Nagel ) současně uvádějí úspěšnou optogenetickou inhibici aktivity v neuronech.[34][35]
V roce 2007 Georg Nagel skupina a Peter Hegemann skupina zahájila optogenetickou manipulaci s cAMP.[36] V roce 2014 Avelar et al. popsal první gen rhodopsin-guanylyl cyklázy z houby. V roce 2015 Scheib et al. a Gao a kol. charakterizoval aktivitu genu rhodopsin-guanylylcyklázy. A Shiqiang Gao a kol. a Georg Nagel, Alexander Gottschalk identifikoval jako první 8 TM enzym rhodopsin.[37]
Před vývojem optogentních aktuátorů byly například vyvinuty optogenetické senzory aktivity geneticky kódované indikátory vápníku (GECI). První GECI, který byl použit k zobrazení aktivity u zvířete, byl cameleon, navržený Atsushi Miyawaki, Roger Tsien a spolupracovníky v roce 1997.[4] Cameleon byl poprvé úspěšně použit u zvířete Rexem Kerrem, Williamem Schaferem a spolupracovníky k záznamu z neuronů a svalových buněk hlístice C. elegans.[38] Cameleon byl následně použit k záznamu nervové aktivity u much[39] a zebrafish.[40] U savců byl prvním GECI použitým in vivo GCaMP,[41] poprvé vyvinut Nakai a spolupracovníky.[42] GCaMP prošel řadou vylepšení a GCaMP6[43] zejména se široce používá v celé neurovědě.
Ocenění
Silný dopad optogenetické technologie na výzkum mozku byl oceněn řadou ocenění klíčovým hráčům v oboru.
V roce 2010, Georg Nagel, Peter Hegemann a Ernst Bamberg byli oceněni Cena Wiley v biomedicínských vědách.[44] Georg Nagel, Peter Hegemann a Ernst Bamberg byli v roce 2010 rovněž oceněni cenou Karla Heinze Beckurtsa.[45]V roce 2010 získal Deisseroth inaugurační cenu HFSP Nakasone „za průkopnickou práci na vývoji optogenetických metod pro studium funkce neuronových sítí, které jsou základem chování“.[46]
V roce 2012 Georg Nagel, Peter Hegemann, Ernst Bamberg a Deisseroth získali Cenu Zülch. V roce 2012 byla Miesenböckovi udělena cena Baillet Latour Health Prize za „průkopnické optogenetické přístupy k manipulaci s neuronální aktivitou a ke kontrole chování zvířat“.[47]
V roce 2013 Nagel a Peter Hegemann byli oceněni Louis-Jeantetova cena za medicínu,.[48]V roce 2013 Bamberg, Boyden, Deisseroth, Hegemann, Miesenböck a Nagel byly oceněny Cena za mozek pro „jejich vynález a zdokonalení optogenetiky“.[49][50]
V roce 2017 byl Deisseroth oceněn Jinak Kröner Fresenius Cena za výzkum 2017 za „jeho objevy v optogenetice a chemii hydrogelových tkání“. Deisseroth byl jmenován laureátem Kjótské ceny za rok 2018 „za vývoj optogenetiky a neurovědy kauzálních systémů“[51] a Cenu Heinekenu za medicínu v roce 2020 od Nizozemské královské akademie umění a věd za vývoj optogenetiky.[52]
V roce 2019 Ernst Bamberg, Georg Nagel, Ed Boyden, Karl Deisseroth, Peter Hegemann a Gero Miesenböck byly oceněny Rumfordova cena pro "mimořádné příspěvky související s vynálezem a zdokonalením optogenetiky", s.[53]V roce 2020 Miesenböck, Hegemann a Georg Nagel společně obdrželi Shaw cena v Life Science a medicíně pro „vývoj optogenetiky“.
Popis


Optogenetika poskytuje časovou přesnost v milisekundách, což umožňuje experimentátorovi držet krok s rychlým zpracováním biologických informací (například při zkoumání kauzální role konkrétních akční potenciál vzorce v definovaných neuronech). Aby bylo možné prozkoumat neurální kód, musí optogenetika podle definice operovat v milisekundovém časovém měřítku, aby umožnila přidání nebo odstranění přesných vzorců aktivity ve specifických buňkách v mozku intaktních zvířat, včetně savců (viz Obrázek 1). Pro srovnání je časová přesnost tradičních genetických manipulací (používaných ke zkoumání kauzální role specifických genů v buňkách prostřednictvím změn „ztráta funkce“ nebo „zisk funkce“ v těchto genech) poměrně pomalá, od hodin či dnů na měsíce. Je důležité mít také rychlé údaje v optogenetice, které dokáží držet krok s optickým ovládáním. To lze provést elektrickými záznamy („optrody“) nebo reportérovými proteiny, které jsou biosenzory, kde vědci fúzovali fluorescenční proteiny s detektorovými proteiny. Příkladem toho je napěťově citlivý fluorescenční protein (VSFP2).[57] Kromě svého vědeckého dopadu představuje optogenetika důležitou případovou studii o hodnotě ekologické ochrany (tolik klíčových nástrojů optogenetiky vychází z mikrobiálních organismů, které zaujímají specializovaná prostředí), a důležitosti čisté základní vědy, protože tyto opsiny byly studovali po celá desetiletí pro své vlastní účely biofyzici a mikrobiologové, aniž by zohledňovali jejich potenciální hodnotu při poskytování poznatků o neurovědě a neuropsychiatrické nemoci.[58]
Světlo aktivované proteiny: kanály, pumpy a enzymy
Charakteristickým znakem optogenetiky je proto zavedení rychlých světelně aktivovaných kanálů, pump a enzymů, které umožňují časově přesnou manipulaci s elektrickými a biochemickými událostmi při zachování rozlišení buněčného typu pomocí specifických mechanismů cílení. Mezi mikrobiální opsiny, které lze použít ke zkoumání funkce nervových systémů, patří channelrhodopsins (ChR2, ChR1, VChR1 a SFO) k excitaci neuronů a aniontově vodivé kanály rodopsiny pro inhibici vyvolanou světlem. Nepřímo řízené světlem draslíkové kanály byly nedávno navrženy tak, aby zabránily vytváření akčního potenciálu v neuronech během osvětlení modrým světlem.[59][60] Iontové pumpy poháněné světlem se také používají k inhibici neuronální aktivity, např. halorhodopsin (NpHR),[61] vylepšené halorhodopsiny (eNpHR2.0 a eNpHR3.0, viz obrázek 2),[62] archaerhodopsin (Arch), fungální opsiny (Mac) a zvýšený bakteriorhodopsin (eBR).[63]
Nyní je také možné optogenetické řízení dobře definovaných biochemických událostí u chujících se savců. Staví na předchozí práci spojující obratlovce opsiny na konkrétní Receptory spojené s G-proteinem[64] rodina chimérický byly vytvořeny jednosložkové optogenetické nástroje, které vědcům umožnily manipulovat v chování chovaných savců s koncentrací definovaných intracelulárních poslů, jako jsou cAMP a IP3, v cílených buňkách.[65] Další biochemické přístupy k optogenetice (zásadně s nástroji, které vykazovaly nízkou aktivitu ve tmě) následovaly brzy poté, kdy bylo v kultivovaných buňkách dosaženo optické kontroly nad malými GTPázami a adenylyl cyklázou pomocí nových strategií z několika různých laboratoří.[66][67][68] Fotoaktivované adenylylcyklázy byly objeveny v houbách a úspěšně použity k řízení hladin cAMP v neuronech savců.[69][70] Tento nově vznikající repertoár optogenetických aktuátorů nyní umožňuje buněčně specifickou a časově přesnou kontrolu více os buněčné funkce u intaktních zvířat.[71]
Hardware pro lehké aplikace
Dalším nezbytným faktorem je hardware (např. Integrované vláknové optické a polovodičové světelné zdroje), který umožňuje kontrolu konkrétních typů buněk, dokonce i hluboko v mozku, u volně se chovajících zvířat. Nejčastěji se toho druhého dosahuje pomocí technologie diod s optickými vlákny, která byla zavedena v roce 2007,[72][73][74] ačkoli se vyhnout použití implantovaných elektrod, vědci navrhli způsoby, jak vepsat „okno“ vyrobené ze zirkonia, které bylo upraveno tak, aby bylo průhledné a implantováno do lebek myší, aby umožnilo optickým vlnám proniknout hlouběji, aby stimulovaly nebo inhibovaly jednotlivé neurony.[75] Ke stimulaci povrchových oblastí mozku, jako je mozková kůra, optická vlákna nebo LED diody lze přímo namontovat na lebku zvířete. K dodání světla do hlubších oblastí mozku byla použita hlouběji implantovaná optická vlákna. Jako doplněk k přístupům vázaným na vlákno byly vyvinuty zcela bezdrátové techniky využívající bezdrátově dodávanou energii do LED diod nesoucích světlo pro nerušené studium komplexního chování volně se chujících organismů.[76] Nedávný pokrok zkoumá použití organických LED (OLED) jako stimulů pro optogenetiku.[77] Přesná a řízená stimulace neuronů exprimujících mikrobiální opsin byla prokázána in vitro v časovém měřítku v řádu milisekund. Provoz v pulzním režimu umožňuje neurální stimulaci v rámci kompatibilní nízké teploty. Organické světlo emitující diody (OLED) jsou navíc vhodné pro implantaci do mozku pro svou velmi tenkou tloušťku, která může být menší než 1 μm.[77]
Vyjádření optogenetických akčních členů
Optogenetika také nutně zahrnuje vývoj strategií genetického cílení, jako jsou promotory specifické pro buňky nebo jiné přizpůsobené podmíněně aktivní viry, které dodávají sondy citlivé na světlo specifickým populacím neuronů v mozku živých zvířat (např. Červi, ovocné mušky, myši , krysy a opice). U bezobratlých, jako jsou červi a ovocné mušky, určité množství all-trans-sítnice (ATR) je doplněn jídlem. Klíčovou výhodou mikrobiálních opsinů, jak je uvedeno výše, je, že jsou plně funkční bez přidání exogenních kofaktorů u obratlovců.[74]
Technika

Technika používání optogenetiky je flexibilní a přizpůsobitelná potřebám experimentátora. Pro začátečníky experimentátoři geneticky upravili mikrobiální opsin na základě vrata vlastnosti (rychlost excitability, žáruvzdorná perioda atd.) požadované pro experiment.
Zavádění mikrobiálního opsinu, optogenetického aktuátoru, do specifické oblasti dotyčného organismu je výzvou. Základním přístupem je zavedení umělého virového vektoru, který obsahuje gen optogenetického aktuátoru připojený k rozpoznatelnému promotér jako CAMKIIα. To umožňuje určitou úroveň specificity, protože buňky, které již obsahují a mohou překládat daný promotor, budou infikovány virovým vektorem a doufejme, že exprimují gen optogenetického aktuátoru.
Dalším přístupem je tvorba transgenních myší, kde je gen optogenetického aktuátoru zaveden do myší zygoty s daným promotorem, nejčastěji Thy1. Zavedení optogenetického aktuátoru v rané fázi umožňuje začlenit větší genetický kód a ve výsledku zvyšuje specificitu infikovaných buněk.
Třetím a poměrně novým přístupem, který byl vyvinut, je vytváření transgenních myší Cre rekombináza, enzym, který katalyzuje rekombinaci mezi dvěma lox-P místy. Poté zavedením upraveného virového vektoru obsahujícího optogenetický aktivátorový gen mezi dvě lox-P místa budou mikrobiální opsin exprimovat pouze buňky obsahující rekombinázu Cre. Tato poslední technika umožnila použití více modifikovaných optogenetických akčních členů, aniž by bylo nutné vytvářet celou řadu transgenních zvířat pokaždé, když je potřeba nový mikrobiální opsin.
Po zavedení a expresi mikrobiálního opsinu může být v závislosti na typu prováděné analýzy aplikace světla umístěna na koncové konce nebo do hlavní oblasti, kde se nacházejí infikované buňky. Světelnou stimulaci lze provádět pomocí široké škály nástrojů od společnosti diody vyzařující světlo (LED) nebo diodový laser v pevné fázi (DPSS). Tyto světelné zdroje jsou nejčastěji připojeny k počítači pomocí optického kabelu. Nedávné pokroky zahrnují příchod bezdrátových zařízení umístěných na hlavě, která také aplikují LED na cílené oblasti a ve výsledku dávají zvířeti větší svobodu mobility při reprodukci in vivo Výsledek.[79][80]
Problémy
Ačkoli podle Douga Tischera a Oriona D. Weinera z Kalifornské univerzity v San Francisku je optogenetika již mocným vědeckým nástrojem, měla by být považována za „první generaci“ GFP „kvůli jeho obrovskému potenciálu jak pro využití, tak pro optimalizaci.[81] S ohledem na výše uvedené je současný přístup k optogenetice omezen především jeho univerzálností. I v oblasti neurovědy, kde je nejúčinnější, je technika na subcelulární úrovni méně robustní.[82]
Selektivní výraz
Jedním z hlavních problémů optogenetiky je, že ne všechny dotyčné buňky mohou exprimovat gen mikrobiálního opsinu na stejné úrovni. Dokonce i osvětlení s definovanou intenzitou světla bude mít různé účinky na jednotlivé buňky. Optogenetická stimulace neuronů v mozku je ještě méně kontrolována, protože intenzita světla klesá exponenciálně ze zdroje světla (např. Implantovaného optického vlákna).
Matematické modelování navíc ukazuje, že selektivní exprese opsinu ve specifických typech buněk může dramaticky změnit dynamické chování nervových obvodů. Zejména optogenetická stimulace, která přednostně cílí na inhibiční buňky, může transformovat excitabilitu nervové tkáně z typu 1 - kde neurony fungují jako integrátory - na typ 2, kde neurony fungují jako rezonátory.[83]Exitovatelná média typu 1 udržují šířící se vlny aktivity, zatímco excitabilní média typu 2 nikoli. Transformace z jednoho do druhého vysvětluje, jak neustálá optická stimulace motorické kůry primátů vyvolává oscilace gama pásma (40–80 Hz) na způsob excitabilního média typu 2. Přesto se stejné oscilace šíří daleko do okolní tkáně na způsob vzrušivého média typu 1.[84]
Přesto zůstává obtížné zacílit opsin na definované subcelulární oddíly, např. plazmatická membrána, synaptické vezikuly nebo mitochondrie.[82][62] Omezení opsinu na specifické oblasti plazmatické membrány, jako je dendrity, somata nebo axonové svorky by poskytlo důkladnější porozumění neuronovým obvodům.[82]
Kinetika a synchronizace
Problém s channelrhodopsin-2 spočívá v tom, že jeho hradlovací vlastnosti nepodobají in vivo kationtové kanály kortikálních neuronů. Řešením tohoto problému s kinetickou vlastností proteinu je zavedení variant channelrhodopsinu-2 s příznivější kinetikou.[55] [56]
Dalším omezením této techniky je, že světelná stimulace produkuje synchronní aktivaci infikovaných buněk, čímž se odstraní všechny jednotlivé buněčné vlastnosti aktivace mezi postiženou populací. Proto je obtížné pochopit, jak buňky v postižené populaci vzájemně komunikují nebo jak mohou jejich fázové vlastnosti aktivace souviset s pozorovanými obvody.
Optogenetická aktivace byla za účelem objasnění kombinována s funkčním zobrazováním pomocí magnetické rezonance (ofMRI) konektom, důkladná mapa nervových spojení mozku. Výsledky jsou však omezeny obecnými vlastnostmi fMRI.[82][85] Čtení z této neuroimagingové procedury postrádají prostorové a časové rozlišení vhodné pro studium hustě nabitých a rychle střílejících neuronových obvodů.[85]
Budicí spektrum
V současnosti používané opsinové proteiny mají absorpční vrcholy napříč vizuálním spektrem, ale zůstávají značně citlivé na modré světlo.[82] Toto spektrální překrývání ztěžuje kombinaci aktivace opsinu s geneticky kódovanými indikátory (GEVI, GECI, GluSnFR, synapto-pHluorin ), z nichž většina vyžaduje buzení modrým světlem. Opsiny s infračervenou aktivací by při standardní hodnotě ozáření zvýšily penetraci světla a zvýšily rozlišení snížením rozptylu světla.
Další údaje naznačují, že absorpční spektra organických barviv a fluorescenčních proteinů používaných v optogenetických aplikacích sahají od přibližně 250 nm do přibližně 600 nm. Konkrétní organické sloučeniny používané v samostatných částech tohoto rozmezí zahrnují: retinály, flaviny, foláty, kyseliny p-kumarové, fytochromové chromofoty, kobalaminy a alespoň šest fluorescenčních proteinů včetně mOrange a mCherry.[86]
Aplikace
Pole optogenetiky podpořilo základní vědecké poznání toho, jak specifické typy buněk přispívají k funkci biologických tkání, jako jsou neurální obvody in vivo (viz odkazy z odborné literatury níže). Z klinické stránky navíc výzkum založený na optogenetice vedl k nahlédnutí do Parkinsonova choroba[87][88] a další neurologické a psychiatrické poruchy. Optogenetické práce v roce 2009 skutečně poskytly pohled na neurální kódy relevantní pro autismus, Schizofrenie, zneužívání drog úzkost a Deprese.[63][89][90][91]
Identifikace konkrétních neuronů a sítí
Amygdala
K mapování nervových obvodů v amygdala které přispívají k podmiňování strachu.[92][93][94][95] Jedním z takových příkladů neurálního obvodu je spojení vytvořené z bazolaterální amygdala do dorzálně-mediální prefrontální kůry, kde neuronální oscilace 4 Hz byly pozorovány v korelaci se strachem vyvolaným mrazivým chováním u myší. Transgenní myši byly zavedeny s kanálrhodoposinem-2 připojeným pomocí a parvalbumin -Cre promotor, který selektivně infikoval interneurony umístěné jak v bazolaterální amygdale, tak v dorzálně-mediální prefrontální kůře odpovědné za oscilace 4 Hz. Interneurony byly opticky stimulovány generováním mrznoucího chování a ve výsledku poskytly důkazy o tom, že tyto 4 Hz oscilace mohou být zodpovědné za základní reakci na strach vyvolanou neuronovými populacemi podél dorzálně-mediální prefrontální kůry a bazolaterální amygdaly.[96]
Čichová žárovka
Optogenetická aktivace čichových senzorických neuronů byla rozhodující pro demonstraci načasování při zpracování zápachu[97] a pro mechanismus zprostředkovaný neuromodulací čichový řízené chování (např. agrese, páření )[98] Kromě toho byly pomocí optogenetiky reprodukovány důkazy, které ukazují, že „afterimage“ pachů je soustředěna více centrálně kolem čichové baňky, než na periferii, kde by byly umístěny čichové receptorové neurony. Transgenní myši infikované kanálem-rhodopsinem Thy1-ChR2 byly stimulovány 473 nm laserem transkraniálně umístěným přes dorzální část čichové baňky. Delší fotostimulace mitrální buňky v čichové baňce vedly k pozorování déle trvající neuronální aktivity v oblasti po ukončení fotostimulace, což znamená, že čichový senzorický systém je schopen podstoupit dlouhodobé změny a rozpoznat rozdíly mezi starými a novými pachy.[99]
Nucleus accumbens
Optogenetika, volně se pohybující chování savců, in vivo elektrofyziologie a fyziologie plátek byly integrovány do sondy cholinergní interneurony z nucleus accumbens přímou excitací nebo inhibicí. Přestože tyto cholinergní buňky představují méně než 1% z celkové populace neuronů naumbálií, jsou schopné řídit aktivitu dopaminergní terminály, které inervují středně ostnaté neurony (MSN) v nucleus accumbens.[100] Je známo, že tyto accumbal MSN jsou zapojeny do nervová dráha skrz které kokain uplatňuje své účinky, protože bylo prokázáno, že snížení změn aktivity těchto neuronů vyvolaných kokainem inhibuje kokain klimatizace. Těch několik cholinergních neuronů přítomných v nucleus accumbens se může ukázat jako životaschopné cíle farmakoterapie při léčbě závislost na kokainu[63]
Prefrontální kůra
In vivo a in vitro nahrávky jednotlivých vyjádření CAMKII AAV-ChR2 pyramidové neurony v prefrontální kůře prokázal vysoký akční výstup akčního potenciálu s krátkými pulzy modrého světla při 20 Hz (Obrázek 1).[54]
Motorická kůra
In vivo opakovaná optogenetická stimulace u zdravých zvířat dokázala nakonec vyvolat záchvaty.[101] Tento model byl nazván optokindling.
Srdce
Optogenetika byla aplikována na síni kardiomyocyty ukončit spirálovou vlnu arytmie, zjištěno v fibrilace síní, se světlem.[102] Tato metoda je stále ve fázi vývoje. Nedávná studie prozkoumala možnosti optogenetiky jako metody pro korekci arytmií a resynchronizaci srdeční stimulace. Studie zavedla channelrhodopsin-2 do kardiomyocytů v komorových oblastech srdce transgenních myší a provedla in vitro studie fotostimulace u myší s otevřenou i uzavřenou dutinou. Fotostimulace vedla ke zvýšené aktivaci buněk, a tím ke zvýšení komorových kontrakcí, což vedlo ke zvýšení srdeční frekvence. Tento přístup byl navíc použit v terapii resynchronizace srdce (CRT ) jako nový biologický kardiostimulátor jako náhrada za CRT na bázi elektrod.[103] V poslední době se optogenetika v srdci používá k defibrilaci komorových arytmií s lokálním epikardiálním osvětlením,[104] generalizované osvětlení celého srdce[105] nebo s přizpůsobenými stimulačními vzory založenými na arytmogenních mechanismech za účelem snížení defibrilační energie.[106]
Spirální ganglion
Optogenetická stimulace spirální ganglion v Hluchý myši obnovily sluchovou aktivitu.[107] Optogenetická aplikace na kochleární Oblast umožňuje stimulaci nebo inhibici spirálních gangliových buněk (SGN). Kromě toho byly kvůli charakteristikám klidových potenciálů SGN použity různé varianty proteinového kanálu rhodopsinu-2, jako je Chronos,[108] CatCh a f-Chrimson.[109] Varianty Chronos a CatCh jsou obzvláště užitečné v tom, že mají méně času stráveného v deaktivovaných stavech, což umožňuje větší aktivitu s menším množstvím emitovaného modrého světla. Kromě toho použití upravených kanálů s červeným posunem jako f-Chrimson umožňuje stimulaci pomocí delších vlnových délek, což dlouhodobě snižuje potenciální riziko fototoxicity, aniž by byla ohrožena rychlost hradlování.[110] Výsledkem je, že LED produkující světlo by vyžadovala méně energie a myšlenka kochleární protetiky ve spojení s fotostimulací by byla reálnější.[111]
Mozkový kmen
Optogenetická stimulace modifikovaného excitovatelného červeného světla channelrhodopsinu (ReaChR) exprimovaného v motorické jádro obličeje povoleno minimálně invazivní aktivaci motoneurony efektivní při řízení pohybu vousů u myší.[112] Jedna nová studie používala optogenetiku na Dorsal Raphe Nucleus aktivovat i inhibovat dopaminergní uvolňování do ventrální tegmentální oblasti. K produkci aktivace byly transgenní myši infikovány channelrhodopsinem-2 s promotorem TH-Cre a k produkci inhibice hyperpolarizující opsin NpHR byl přidán na promotor TH-Cre. Výsledky ukázaly, že opticky aktivující dopaminergní neurony vedly ke zvýšení sociálních interakcí a jejich inhibice snížila potřebu socializace až po období izolace.[113]
Vizuální systém
Studium vizuálního systému pomocí optogenetiky může být náročné. Indeed, the light used for optogenetic control may lead to the activation of photoreceptors, as a result of the proximity between primary visual circuits and these photoreceptors. In this case, spatial selectivity is difficult to achieve (particularly in the case of the fly optic lobe). Thus, the study of the visual system requires spectral separation, using kanály that are activated by different wavelengths of light than rhodopsins within the photoreceptors (peak activation at 480 nm for Rhodopsin 1 in Drosophila ). Red-shifted CsChrimson[114] or bistable Channelrhodopsin[115] are used for optogenetic activation of neurons (i.e. depolarizace ), as both allow spectral separation. In order to achieve neuronal silencing (i.e. hyperpolarizace ), an anion channelrhodopsin discovered in the cryptophyte algae species Guillardia theta (named GtACR1).[116] může být použito. GtACR1 is more light sensitive than other inhibitory channels such as the Halorhodopsin class of chlorid pumps and imparts a strong conductance. As its activation peak (515 nm) is close to that of Rhodopsin 1, it is necessary to carefully calibrate the optogenetic illumination as well as the visual stimulus. The factors to take into account are the wavelength of the optogenetic illumination (possibly higher than the activation peak of GtACR1), the size of the stimulus (in order to avoid the activation of the channels by the stimulus light) and the intensity of the optogenetic illumination. It has been shown that GtACR1 can be a useful inhibitory tool in optogenetic study of Drosophila 's visual system by silencing T4/T5 neurons expression.[117] These studies can also be led on intact behaving animals, for instance to probe optomotor response.
Precise temporal control of interventions
The currently available optogenetic actuators allow for the accurate temporal control of the required intervention (i.e. inhibition or excitation of the target neurons) with precision routinely going down to the millisecond level. Therefore, experiments can now be devised where the light used for the intervention is triggered by a particular element of behavior (to inhibit the behavior), a particular unconditioned stimulus (to associate something to that stimulus) or a particular oscillatory event in the brain (to inhibit the event). This kind of approach has already been used in several brain regions:
Hippocampus
Sharp waves and ripple complexes (SWRs) are distinct high frequency oscillatory events in the hipokampus thought to play a role in memory formation and consolidation. These events can be readily detected by following the oscillatory cycles of the on-line recorded local field potential. In this way the onset of the event can be used as a trigger signal for a light flash that is guided back into the hippocampus to inhibit neurons specifically during the SWRs and also to optogenetically inhibit the oscillation itself.[118] These kinds of "closed-loop" experiments are useful to study SWR complexes and their role in memory.
Cellular biology/cell signaling pathways
Analogously to how natural light-gated ion channels such as channelrhodopsin-2 allows optical control of ion flux, which is especially useful in neuroscience, natural light-controlled signal transduction proteins also allow optical control of biochemical pathways, including both second-messenger generation and protein-protein interactions, which is especially useful in studying cell and developmental biology.[120] In 2002, the first example of using photoproteins from another organism for controlling a biochemical pathway was demonstrated using the light-induced interaction between plant phytochrome and phytochrome-interacting factor (PIF) to control gene transcription in yeast.[3] By fusing phytochrome to a DNA-binding domain and PIF to a transcriptional activation domain, transcriptional activation of genes recognized by the DNA-binding domain could be induced by light.[3] This study anticipated aspects of the later development of optogenetics in the brain, for example, by suggesting that "Directed light delivery by fiber optics has the potential to target selected cells or tissues, even within larger, more-opaque organisms."[3] The literature has been inconsistent as to whether control of cellular biochemistry with photoproteins should be subsumed within the definition of optogenetics, as optogenetics in common usage refers specifically to the control of neuronal firing with opsins,[5][6][7][121] and as control of neuronal firing with opsins postdates and utilizes distinct mechanisms from control of cellular biochemistry with photoproteins.[120]
Photosensitive proteins utilized in various cell signaling pathways
In addition to phytochromes, which are found in plants and cyanobacteria, LOV domains(Light-oxygen-voltage-sensing domain ) from plants and yeast and cryptochrome domains from plants are other natural photosensory domains that have been used for optical control of biochemical pathways in cells.[122][120] In addition, a synthetic photosensory domain has been engineered from the fluorescent protein Dronpa for optical control of biochemical pathways.[120] In photosensory domains, light absorption is either coupled to a change in protein-protein interactions (in the case of phytochromes, some LOV domains, cryptochromes, and Dronpa mutants) or a conformational change that exposes a linked protein segment or alters the activity of a linked protein domain (in the case of phytochromes and some LOV domains).[120] Light-regulated protein-protein interactions can then be used to recruit proteins to DNA, for example to induce gene transcription or DNA modifications, or to the plasma membrane, for example to activate resident signaling proteins.[119][123][124][125][126][127] CRY2 also clusters when active, so has been fused with signaling domains and subsequently photoactivated to allow for clustering-based activation.[128] The LOV2 domain of Avena sativa(common oat) has been used to expose short peptides or an active protein domain in a light-dependent manner.[129][130][131] Introduction of this LOV domain into another protein can regulate function through light induced peptide disorder.[132] The asLOV2 protein, which optogenetically exposes a peptide, has also been used as a scaffold for several synthetic light induced dimerization and light induced dissociation systems (iLID and LOVTRAP, respectively).[133][134] The systems can be used to control proteins through a protein splitting strategy.[135] Photodissociable Dronpa domains have also been used to cage a protein active site in the dark, uncage it after cyan light illumination, and recage it after violet light illumination.[136]
Temporal control of signal transduction with light
The ability to optically control signals for various time durations is being explored to elucidate how cell signaling pathways convert signal duration and response to different outputs.[81] Natural signaling cascades are capable of responding with different outputs to differences in stimulus timing duration and dynamics.[137] For example, treating PC12 cells with epidermal growth factor (EGF, inducing a transient profile of ERK activity) leads to cellular proliferation whereas introduction of nerve growth factor (NGF, inducing a sustained profile of ERK activity) leads to differentiation into neuron-like cells.[138] This behavior was initially characterized using EGF and NGF application, but the finding has been partially replicated with optical inputs.[139] In addition, a rapid negative feedback loop in the RAF-MEK-ERK pathway was discovered using pulsatile activation of a photoswitchable RAF engineered with photodissociable Dronpa domains.[136]
Reference
- ^ A b Deisseroth K, Feng G, Majewska AK, Miesenböck G, Ting A, Schnitzer MJ (October 2006). "Next-generation optical technologies for illuminating genetically targeted brain circuits". The Journal of Neuroscience. 26 (41): 10380–6. doi:10.1523/JNEUROSCI.3863-06.2006. PMC 2820367. PMID 17035522.
- ^ Pathak GP, Vrana JD, Tucker CL (February 2013). "Optogenetic control of cell function using engineered photoreceptors". Biology of the Cell. 105 (2): 59–72. doi:10.1111/boc.201200056. PMC 3552082. PMID 23157573.
- ^ A b C d Shimizu-Sato S, Huq E, Tepperman JM, Quail PH (October 2002). "A light-switchable gene promoter system". Nature Biotechnology. 20 (10): 1041–4. doi:10.1038/nbt734. PMID 12219076. S2CID 24914960.
- ^ A b Miyawaki A, Llopis J, Heim R, McCaffery JM, Adams JA, Ikura M, Tsien RY (August 1997). "Fluorescent indicators for Ca2+ based on green fluorescent proteins and calmodulin". Příroda. 388 (6645): 882–7. Bibcode:1997Natur.388..882M. doi:10.1038/42264. PMID 9278050. S2CID 13745050.
- ^ A b Fenno L, Yizhar O, Deisseroth K (2011). "The development and application of optogenetics". Roční přehled neurovědy. 34: 389–412. doi:10.1146/annurev-neuro-061010-113817. PMC 6699620. PMID 21692661.
- ^ A b "Method of the Year 2010: Optogenetics". Přírodní video. 17. prosince 2010.
- ^ A b C Deisseroth K (20 October 2010). "Optogenetics: Controlling the Brain with Light". Scientific American. Springer Nature America, Inc.
- ^ Lin MZ, Schnitzer MJ (August 2016). "Genetically encoded indicators of neuronal activity". Nature Neuroscience. 19 (9): 1142–53. doi:10.1038/nn.4359. PMC 5557009. PMID 27571193.
- ^ Primer on Optogenetics: Pastrana E (2010). "Optogenetics: Controlling cell function with light". Přírodní metody. 8 (1): 24–25. doi:10.1038/nmeth.f.323. S2CID 5808517.
Editorial: "Method of the Year 2010". Přírodní metody. 8 (1): 1. 2010. doi:10.1038/nmeth.f.321.
Komentář: Deisseroth K (January 2011). "Optogenetics". Přírodní metody. 8 (1): 26–9. doi:10.1038/nmeth.f.324. PMC 6814250. PMID 21191368. - ^ Deisseroth K (December 2010). "Insights of the decade. Stepping away from the trees for a look at the forest. Introduction". Věda. 330 (6011): 1612–3. Bibcode:2010Sci...330.1612.. doi:10.1126/science.330.6011.1612. PMID 21163985. S2CID 206593135.
- ^ "Method of the Year 2010: Optogenetics". Přírodní video. 17. prosince 2010.
- ^ Crick F (December 1999). "The impact of molecular biology on neuroscience". Filozofické transakce Královské společnosti v Londýně. Série B, Biologické vědy. 354 (1392): 2021–5. doi:10.1098/rstb.1999.0541. PMC 1692710. PMID 10670022.
- ^ Hoffmann A, Hildebrandt V, Heberle J, Büldt G (September 1994). "Photoactive mitochondria: in vivo transfer of a light-driven proton pump into the inner mitochondrial membrane of Schizosaccharomyces pombe". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (20): 9367–71. doi:10.1073/pnas.91.20.9367. PMC 44813. PMID 7937771.
- ^ Fork RL (March 1971). "Laser stimulation of nerve cells in Aplysia". Věda. 171 (3974): 907–8. Bibcode:1971Sci...171..907F. doi:10.1126/science.171.3974.907. PMID 5541653. S2CID 484780.
- ^ Zemelman BV, Lee GA, Ng M, Miesenböck G (January 2002). "Selective photostimulation of genetically chARGed neurons". Neuron. 33 (1): 15–22. doi:10.1016/S0896-6273(01)00574-8. PMID 11779476. S2CID 16391269.
- ^ Zemelman BV, Nesnas N, Lee GA, Miesenbock G (February 2003). "Photochemical gating of heterologous ion channels: remote control over genetically designated populations of neurons". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (3): 1352–7. Bibcode:2003PNAS..100.1352Z. doi:10.1073/pnas.242738899. PMC 298776. PMID 12540832.
- ^ Banghart M, Borges K, Isacoff E, Trauner D, Kramer RH (December 2004). "Světlo aktivované iontové kanály pro dálkové ovládání vypalování neuronů". Nature Neuroscience. 7 (12): 1381–6. doi:10.1038 / nn1356. PMC 1447674. PMID 15558062.
- ^ Volgraf M, Gorostiza P, Numano R, Kramer RH, Isacoff EY, Trauner D (January 2006). "Allosteric control of an ionotropic glutamate receptor with an optical switch". Přírodní chemická biologie. 2 (1): 47–52. doi:10.1038/nchembio756. PMC 1447676. PMID 16408092.
- ^ Arenkiel BR, Klein ME, Davison IG, Katz LC, Ehlers MD (April 2008). "Genetic control of neuronal activity in mice conditionally expressing TRPV1". Přírodní metody. 5 (4): 299–302. doi:10.1038/nmeth.1190. PMC 3127246. PMID 18327266.
- ^ Güler AD, Rainwater A, Parker JG, Jones GL, Argilli E, Arenkiel BR, et al. (Březen 2012). "Transient activation of specific neurons in mice by selective expression of the capsaicin receptor". Nature Communications. 3: 746. Bibcode:2012NatCo...3..746G. doi:10.1038/ncomms1749. PMC 3592340. PMID 22434189.
- ^ Wang M, Perova Z, Arenkiel BR, Li B (May 2014). "Synaptic modifications in the medial prefrontal cortex in susceptibility and resilience to stress". The Journal of Neuroscience. 34 (22): 7485–92. doi:10.1523/JNEUROSCI.5294-13.2014. PMC 4035514. PMID 24872553.
- ^ A b C Nagel G, Szellas T, Huhn W, Kateriya S, Adeishvili N, Berthold P, et al. (Listopad 2003). „Channelrhodopsin-2, přímo světelný kation-selektivní membránový kanál“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (24): 13940–5. Bibcode:2003PNAS..10013940N. doi:10.1073 / pnas.1936192100. PMC 283525. PMID 14615590.
- ^ Harz H, Hegemann P (1991-06-06). "Rhodopsin-regulated calcium currents in Chlamydomonas". Příroda. 351 (6326): 489–491. Bibcode:1991Natur.351..489H. doi:10.1038/351489a0. S2CID 4309593.
- ^ Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, Kateriya S, Musti AM, Bamberg E, Hegemann P (June 2002). "Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae". Věda. 296 (5577): 2395–8. Bibcode:2002Sci...296.2395N. doi:10.1126/science.1072068. PMID 12089443. S2CID 206506942.
- ^ Deisseroth K (September 2015). "Optogenetics: 10 years of microbial opsins in neuroscience". Nature Neuroscience. 18 (9): 1213–25. doi:10.1038/nn.4091. PMC 4790845. PMID 26308982.
- ^ Boyden ES, Zhang F, Bamberg E, Nagel G, Deisseroth K (September 2005). "Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity". Nature Neuroscience. 8 (9): 1263–8. doi:10.1038/nn1525. PMID 16116447. S2CID 6809511.
- ^ "He may be the rightful inventor of neuroscience's biggest breakthrough in decades. But you've never heard of him". STAT. 1. září 2016. Citováno 9 February 2020.
- ^ Bi A, Cui J, Ma YP, Olshevskaya E, Pu M, Dizhoor AM, Pan ZH (April 2006). "Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration". Neuron. 50 (1): 23–33. doi:10.1016/j.neuron.2006.02.026. PMC 1459045. PMID 16600853.
- ^ Lima SQ, Miesenböck G (April 2005). "Remote control of behavior through genetically targeted photostimulation of neurons". Cell. 121 (1): 141–52. doi:10.1016/j.cell.2005.02.004. PMID 15820685. S2CID 14608546.
- ^ A b Li X, Gutierrez DV, Hanson MG, Han J, Mark MD, Chiel H, et al. (Prosinec 2005). "Fast noninvasive activation and inhibition of neural and network activity by vertebrate rhodopsin and green algae channelrhodopsin". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (49): 17816–21. Bibcode:2005PNAS..10217816L. doi:10.1073/pnas.0509030102. PMC 1292990. PMID 16306259.
- ^ Nagel G, Brauner M, Liewald JF, Adeishvili N, Bamberg E, Gottschalk A (December 2005). "Light activation of channelrhodopsin-2 in excitable cells of Caenorhabditis elegans triggers rapid behavioral responses". Current Biology. 15 (24): 2279–84. doi:10.1016 / j.cub.2005.11.032. PMID 16360690. S2CID 7036529.
- ^ Tsien JZ, Chen DF, Gerber D, Tom C, Mercer EH, Anderson DJ, et al. (Prosinec 1996). "Subregion- and cell type-restricted gene knockout in mouse brain". Cell. 87 (7): 1317–26. doi:10.1016/S0092-8674(00)81826-7. PMID 8980237. S2CID 863399.
- ^ Tsien JZ (2016). "Cre-Lox Neurogenetics: 20 Years of Versatile Applications in Brain Research and Counting…". Frontiers in Genetics. 7: 19. doi:10.3389/fgene.2016.00019. PMC 4759636. PMID 26925095.
- ^ Han X, Boyden ES (2007). "Multiple-Color Optical Activation, Silencing, and Desynchronization of Neural Activity, with Single-Spike Temporal Resolution". PLOS ONE. Public Library of Science. 2 (3): e299. doi:10.1371/journal.pone.0000299. OCLC 678618519. PMC 1808431. PMID 17375185.
- ^ Zhang F, Wang LP, Brauner M, Liewald JF, Kay K, Watzke N, et al. (Duben 2007). "Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry". Příroda. 446 (7136): 633–9. doi:10.1038/nature05744. PMID 17410168. S2CID 4415339.
- ^ Schröder-Lang, Saskia; Schwärzel, Martin; Seifert, Reinhard; Strünker, Timo; Kateriya, Suneel; Looser, Jens; Watanabe, Masakatsu; Kaupp, U Benjamin; Hegemann, Peter; Nagel, Georg (2007). "Fast manipulation of cellular cAMP level by light in vivo". Přírodní metody. 4 (1): 39–42. doi:10.1038/nmeth975. ISSN 1548-7091. PMID 17128267. S2CID 10616442.
- ^ Gao, Shiqiang; Nagpal, Jatin; Schneider, Martin W.; Kozjak-Pavlovic, Vera; Nagel, Georg; Gottschalk, Alexander (2015). "Optogenetic manipulation of cGMP in cells and animals by the tightly light-regulated guanylyl-cyclase opsin CyclOp". Nature Communications. 6 (1): 8046. doi:10.1038/ncomms9046. ISSN 2041-1723. PMC 4569695. PMID 26345128.
- ^ Kerr R, Lev-Ram V, Baird G, Vincent P, Tsien RY, Schafer WR (June 2000). "Optical imaging of calcium transients in neurons and pharyngeal muscle of C. elegans". Neuron. 26 (3): 583–94. doi:10.1016/s0896-6273(00)81196-4. PMID 10896155. S2CID 311998.
- ^ Fiala A, Spall T, Diegelmann S, Eisermann B, Sachse S, Devaud JM, et al. (Říjen 2002). "Genetically expressed cameleon in Drosophila melanogaster is used to visualize olfactory information in projection neurons". Current Biology. 12 (21): 1877–84. doi:10.1016/s0960-9822(02)01239-3. PMID 12419190. S2CID 6312049.
- ^ Higashijima S, Masino MA, Mandel G, Fetcho JR (December 2003). "Imaging neuronal activity during zebrafish behavior with a genetically encoded calcium indicator". Journal of Neurophysiology. 90 (6): 3986–97. doi:10.1152/jn.00576.2003. PMID 12930818. S2CID 2230173.
- ^ Ji G, Feldman ME, Deng KY, Greene KS, Wilson J, Lee JC, et al. (May 2004). "Ca2+-sensing transgenic mice: postsynaptic signaling in smooth muscle". The Journal of Biological Chemistry. 279 (20): 21461–8. doi:10.1074/jbc.M401084200. PMID 14990564.
- ^ Nakai J, Ohkura M, Imoto K (February 2001). "A high signal-to-noise Ca(2+) probe composed of a single green fluorescent protein". Nature Biotechnology. 19 (2): 137–41. doi:10.1038/84397. PMID 11175727. S2CID 30254550.
- ^ Chen TW, Wardill TJ, Sun Y, Pulver SR, Renninger SL, Baohan A, et al. (Červenec 2013). "Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity". Příroda. 499 (7458): 295–300. Bibcode:2013Natur.499..295C. doi:10.1038/nature12354. PMC 3777791. PMID 23868258.
- ^ Ninth Annual Wiley Prize in Biomedical Sciences Awarded to Dr. Peter Hegemann, Dr. Georg Nagel, and Dr. Ernst Bamberg (wiley.com)
- ^ Preisträger Archivováno 04.07.2010 na Wayback Machine of the Karl Heinz Beckurts Foundation (beckurts-stiftung.de)
- ^ "2010 HFSP Nakasone Award goes to Karl Deisseroth". Human Frontier Science Program (HFSP). Archivovány od originál dne 04.01.2014. Citováno 2012-07-17.
- ^ "InBev-Baillet Latour International Health Prize" (PDF). Fonds de la Recherche Scientifique - FNRS.
- ^ Louis-Jeantet Prize
- ^ "The Brain Prize 2013". Archivovány od originál dne 4. října 2013. Citováno 3. října 2013.
- ^ Reiner A, Isacoff EY (October 2013). "The Brain Prize 2013: the optogenetics revolution". Trendy v neurovědách. 36 (10): 557–60. doi:10.1016/j.tins.2013.08.005. PMID 24054067. S2CID 205404606.
- ^ "Kyoto Prize, Inamori Foundation". Kyoto Prize, Inamori Foundation. Citováno 13 March 2019. "karl-deisseroth-wins-kyoto-prize-for-optogenetics.html".
- ^ "heineken-prize-for-medicine-2020-awarded-to-karl-deisseroth".
- ^ "Rumford Prize Awarded for the Invention and Refinement of Optogenetics". Americká akademie umění a věd. Citováno 2019-03-12.
- ^ A b C Baratta MV, Nakamura S, Dobelis P, Pomrenze MB, Dolzani SD, Cooper DC (2 April 2012). "Optogenetic control of genetically-targeted pyramidal neuron activity in prefrontal cortex" (PDF). Předchůdci přírody. arXiv:1204.0710. Bibcode:2012arXiv1204.0710B. doi:10.1038/npre.2012.7102.1. S2CID 31641314.
- ^ Husson SJ, Liewald JF, Schultheis C, Stirman JN, Lu H, Gottschalk A (2012). Samuel A (ed.). "Microbial light-activatable proton pumps as neuronal inhibitors to functionally dissect neuronal networks in C. elegans". PLOS ONE. 7 (7): e40937. Bibcode:2012PLoSO...740937H. doi:10.1371/journal.pone.0040937. PMC 3397962. PMID 22815873.
- ^ Liu Y, LeBeouf B, Guo X, Correa PA, Gualberto DG, Lints R, Garcia LR (March 2011). Goodman MB (ed.). "A cholinergic-regulated circuit coordinates the maintenance and bi-stable states of a sensory-motor behavior during Caenorhabditis elegans male copulation". Genetika PLOS. 7 (3): e1001326. doi:10.1371/journal.pgen.1001326. PMC 3053324. PMID 21423722.
- ^ Akemann W, Mutoh H, Perron A, Park YK, Iwamoto Y, Knöpfel T (October 2012). "Imaging neural circuit dynamics with a voltage-sensitive fluorescent protein". Journal of Neurophysiology. 108 (8): 2323–37. doi:10.1152/jn.00452.2012. PMID 22815406. S2CID 14383949.
- ^ Deisseroth K. "Optogenetics: Controlling the Brain with Light [Extended Version]". Scientific American. Citováno 2016-11-28.
- ^ Beck S, Yu-Strzelczyk J, Pauls D, Constantin OM, Gee CE, Ehmann N, et al. (2018). „Syntetické iontové kanály aktivované světlem pro optogenetickou aktivaci a inhibici“. Frontiers in Neuroscience. 12: 643. doi:10.3389 / fnins.2018.00643. PMC 6176052. PMID 30333716.
- ^ Sierra YA, Rost B, Oldani S, Schneider-Warme F, Seifert R, Schmitz D, Hegemann P (November 2018). "Potassium channel-based two component optogenetic tool for silencing of excitable cells". Biofyzikální deník. 114 (3): 668a. Bibcode:2018BpJ...114..668A. doi:10.1016/j.bpj.2017.11.3607.
- ^ Zhao S, Cunha C, Zhang F, Liu Q, Gloss B, Deisseroth K, et al. (Srpen 2008). "Improved expression of halorhodopsin for light-induced silencing of neuronal activity". Brain Cell Biology. 36 (1–4): 141–54. doi:10.1007/s11068-008-9034-7. PMC 3057022. PMID 18931914.
- ^ A b Gradinaru V, Thompson KR, Deisseroth K (August 2008). "eNpHR: a Natronomonas halorhodopsin enhanced for optogenetic applications". Brain Cell Biology. 36 (1–4): 129–39. doi:10.1007/s11068-008-9027-6. PMC 2588488. PMID 18677566.
- ^ A b C Witten IB, Lin SC, Brodsky M, Prakash R, Diester I, Anikeeva P, et al. (Prosinec 2010). "Cholinergic interneurons control local circuit activity and cocaine conditioning". Věda. 330 (6011): 1677–81. Bibcode:2010Sci...330.1677W. doi:10.1126/science.1193771. PMC 3142356. PMID 21164015.
- ^ Kim JM, Hwa J, Garriga P, Reeves PJ, RajBhandary UL, Khorana HG (February 2005). "Light-driven activation of beta 2-adrenergic receptor signaling by a chimeric rhodopsin containing the beta 2-adrenergic receptor cytoplasmic loops". Biochemie. 44 (7): 2284–92. doi:10.1021/bi048328i. PMID 15709741.
- ^ Airan RD, Thompson KR, Fenno LE, Bernstein H, Deisseroth K (April 2009). "Temporally precise in vivo control of intracellular signalling". Příroda. 458 (7241): 1025–9. Bibcode:2009Natur.458.1025A. doi:10.1038/nature07926. PMID 19295515. S2CID 4401796.
- ^ Levskaya A, Weiner OD, Lim WA, Voigt CA (October 2009). "Spatiotemporální řízení buněčné signalizace pomocí světelně přepínatelné proteinové interakce". Příroda. 461 (7266): 997–1001. Bibcode:2009Natur.461..997L. doi:10.1038 / nature08446. PMC 2989900. PMID 19749742.
- ^ Wu YI, Frey D, Lungu OI, Jaehrig A, Schlichting I, Kuhlman B, Hahn KM (September 2009). "A genetically encoded photoactivatable Rac controls the motility of living cells". Příroda. 461 (7260): 104–8. Bibcode:2009Natur.461..104W. doi:10.1038/nature08241. PMC 2766670. PMID 19693014.
- ^ Yazawa M, Sadaghiani AM, Hsueh B, Dolmetsch RE (October 2009). "Induction of protein-protein interactions in live cells using light". Nature Biotechnology. 27 (10): 941–5. doi:10.1038/nbt.1569. PMID 19801976. S2CID 205274357.
- ^ Stierl M, Stumpf P, Udwari D, Gueta R, Hagedorn R, Losi A, et al. (Leden 2011). "Light modulation of cellular cAMP by a small bacterial photoactivated adenylyl cyclase, bPAC, of the soil bacterium Beggiatoa". The Journal of Biological Chemistry. 286 (2): 1181–8. doi:10.1074/jbc.M110.185496. PMC 3020725. PMID 21030594.
- ^ Ryu MH, Moskvin OV, Siltberg-Liberles J, Gomelsky M (December 2010). "Natural and engineered photoactivated nucleotidyl cyclases for optogenetic applications". The Journal of Biological Chemistry. 285 (53): 41501–8. doi:10.1074/jbc.M110.177600. PMC 3009876. PMID 21030591.
- ^ Lerner TN, Ye L, Deisseroth K (March 2016). "Communication in Neural Circuits: Tools, Opportunities, and Challenges". Cell. 164 (6): 1136–1150. doi:10.1016/j.cell.2016.02.027. PMC 5725393. PMID 26967281.
- ^ Aravanis AM, Wang LP, Zhang F, Meltzer LA, Mogri MZ, Schneider MB, Deisseroth K (September 2007). "An optical neural interface: in vivo control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology". Journal of Neural Engineering. 4 (3): S143-56. Bibcode:2007JNEng...4S.143A. doi:10.1088/1741-2560/4/3/S02. PMID 17873414.
- ^ Adamantidis AR, Zhang F, Aravanis AM, Deisseroth K, de Lecea L (November 2007). "Neurální substráty probuzení sondované s optogenetickou kontrolou hypocretinových neuronů". Příroda. 450 (7168): 420–4. Bibcode:2007 Natur.450..420A. doi:10.1038 / nature06310. PMC 6744371. PMID 17943086.
- ^ A b Gradinaru V, Thompson KR, Zhang F, Mogri M, Kay K, Schneider MB, Deisseroth K (December 2007). "Targeting and readout strategies for fast optical neural control in vitro and in vivo". The Journal of Neuroscience. 27 (52): 14231–8. doi:10.1523/JNEUROSCI.3578-07.2007. PMC 6673457. PMID 18160630.
- ^ Damestani Y, Reynolds CL, Szu J, Hsu MS, Kodera Y, Binder DK, et al. (Listopad 2013). "Transparent nanocrystalline yttria-stabilized-zirconia calvarium prosthesis" (PDF). Nanomedicine. 9 (8): 1135–8. doi:10.1016/j.nano.2013.08.002. PMID 23969102. • Explained by Mohan G (September 4, 2013). "A window to the brain? It's here, says UC Riverside team". Los Angeles Times.
- ^ Wentz CT, Bernstein JG, Monahan P, Guerra A, Rodriguez A, Boyden ES (August 2011). "A wirelessly powered and controlled device for optical neural control of freely-behaving animals". Journal of Neural Engineering. 8 (4): 046021. Bibcode:2011JNEng...8d6021W. doi:10.1088/1741-2560/8/4/046021. PMC 3151576. PMID 21701058.
- ^ A b Matarèse BF, Feyen PL, de Mello JC, Benfenati F (2019). "Sub-millisecond Control of Neuronal Firing by Organic Light-Emitting Diodes". Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 7: 278. doi:10.3389/fbioe.2019.00278. PMC 6817475. PMID 31750295.
- ^ Pama EA, Colzato LS, Hommel B (2013-01-01). "Optogenetics as a neuromodulation tool in cognitive neuroscience". Hranice v psychologii. 4: 610. doi:10.3389/fpsyg.2013.00610. PMC 3764402. PMID 24046763.
- ^ Warden MR, Cardin JA, Deisseroth K (July 2014). "Optical neural interfaces". Annual Review of Biomedical Engineering. 16: 103–29. doi:10.1146/annurev-bioeng-071813-104733. PMC 4163158. PMID 25014785.
- ^ Guru A, Post RJ, Ho YY, Warden MR (July 2015). "Making Sense of Optogenetics". The International Journal of Neuropsychopharmacology. 18 (11): pyv079. doi:10.1093/ijnp/pyv079. PMC 4756725. PMID 26209858.
- ^ A b Tischer D, Weiner OD (August 2014). "Illuminating cell signalling with optogenetic tools". Nature Reviews. Molekulární buněčná biologie. 15 (8): 551–8. doi:10.1038/nrm3837. PMC 4145075. PMID 25027655.
- ^ A b C d E Zalocusky KA, Fenno LE, Deisseroth K (2013). "Current Challenges in Optogenetics". Společnost pro neurovědy.
- ^ Heitmann S, Rule M, Truccolo W, Ermentrout B (January 2017). "Optogenetic Stimulation Shifts the Excitability of Cerebral Cortex from Type I to Type II: Oscillation Onset and Wave Propagation". PLOS Computational Biology. 13 (1): e1005349. Bibcode:2017PLSCB..13E5349H. doi:10.1371/journal.pcbi.1005349. PMC 5295702. PMID 28118355.
- ^ Lu Y, Truccolo W, Wagner FB, Vargas-Irwin CE, Ozden I, Zimmermann JB, et al. (Červen 2015). "Optogenetically induced spatiotemporal gamma oscillations and neuronal spiking activity in primate motor cortex". Journal of Neurophysiology. 113 (10): 3574–87. doi:10.1152/jn.00792.2014. PMC 4461886. PMID 25761956.
- ^ A b Leergaard TB, Hilgetag CC, Sporns O (2012-05-01). "Mapping the connectome: multi-level analysis of brain connectivity". Frontiers in Neuroinformatics. 6: 14. doi:10.3389/fninf.2012.00014. PMC 3340894. PMID 22557964.
- ^ Penzkofer A, Hegemann P, Kateriya S (2018). "Organic dyes in optogenetics". v Duarte FJ (vyd.). Organic Lasers and Organic Photonics. Londýn: Fyzikální ústav. pp. 13–1 to 13–114. ISBN 978-0-7503-1570-8.
- ^ Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K, Thwin MT, Deisseroth K, Kreitzer AC (July 2010). "Regulation of parkinsonian motor behaviours by optogenetic control of basal ganglia circuitry". Příroda. 466 (7306): 622–6. Bibcode:2010Natur.466..622K. doi:10.1038/nature09159. PMC 3552484. PMID 20613723.
- ^ Gradinaru V, Mogri M, Thompson KR, Henderson JM, Deisseroth K (April 2009). "Optical deconstruction of parkinsonian neural circuitry". Věda. 324 (5925): 354–9. Bibcode:2009Sci...324..354G. CiteSeerX 10.1.1.368.668. doi:10.1126/science.1167093. PMC 6744370. PMID 19299587.
- ^ Cardin JA, Carlén M, Meletis K, Knoblich U, Zhang F, Deisseroth K, et al. (Červen 2009). "Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses". Příroda. 459 (7247): 663–7. Bibcode:2009Natur.459..663C. doi:10.1038/nature08002. PMC 3655711. PMID 19396156.
- ^ Sohal VS, Zhang F, Yizhar O, Deisseroth K (June 2009). "Parvalbumin neurons and gamma rhythms enhance cortical circuit performance". Příroda. 459 (7247): 698–702. Bibcode:2009Natur.459..698S. doi:10.1038/nature07991. PMC 3969859. PMID 19396159.
- ^ Tsai HC, Zhang F, Adamantidis A, Stuber GD, Bonci A, de Lecea L, Deisseroth K (May 2009). "Phasic firing in dopaminergic neurons is sufficient for behavioral conditioning". Věda. 324 (5930): 1080–4. Bibcode:2009Sci...324.1080T. doi:10.1126/science.1168878. PMC 5262197. PMID 19389999.
- ^ Haubensak W, Kunwar PS, Cai H, Ciocchi S, Wall NR, Ponnusamy R, et al. (Listopad 2010). "Genetic dissection of an amygdala microcircuit that gates conditioned fear". Příroda. 468 (7321): 270–6. Bibcode:2010Natur.468..270H. doi:10.1038/nature09553. PMC 3597095. PMID 21068836.
- ^ Johansen JP, Hamanaka H, Monfils MH, Behnia R, Deisseroth K, Blair HT, LeDoux JE (July 2010). "Optical activation of lateral amygdala pyramidal cells instructs associative fear learning". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (28): 12692–7. Bibcode:2010PNAS..10712692J. doi:10.1073/pnas.1002418107. PMC 2906568. PMID 20615999.
- ^ Jasnow AM, Ehrlich DE, Choi DC, Dabrowska J, Bowers ME, McCullough KM, et al. (Červen 2013). "Thy1-expressing neurons in the basolateral amygdala may mediate fear inhibition". The Journal of Neuroscience. 33 (25): 10396–404. doi:10.1523/JNEUROSCI.5539-12.2013. PMC 3685835. PMID 23785152.
- ^ Dias BG, Banerjee SB, Goodman JV, Ressler KJ (June 2013). "Towards new approaches to disorders of fear and anxiety". Aktuální názor v neurobiologii. 23 (3): 346–52. doi:10.1016/j.conb.2013.01.013. PMC 3672317. PMID 23402950.
- ^ Karalis N, Dejean C, Chaudun F, Khoder S, Rozeske RR, Wurtz H, et al. (Duben 2016). "4-Hz oscillations synchronize prefrontal-amygdala circuits during fear behavior". Nature Neuroscience. 19 (4): 605–12. doi:10.1038/nn.4251. PMC 4843971. PMID 26878674.
- ^ Shusterman R, Smear MC, Koulakov AA, Rinberg D (July 2011). "Precise olfactory responses tile the sniff cycle". Nature Neuroscience. 14 (8): 1039–44. doi:10.1038/nn.2877. PMID 21765422. S2CID 5194595.
- ^ Smith RS, Hu R, DeSouza A, Eberly CL, Krahe K, Chan W, Araneda RC (July 2015). "Differential Muscarinic Modulation in the Olfactory Bulb". The Journal of Neuroscience. 35 (30): 10773–85. doi:10.1523/JNEUROSCI.0099-15.2015. PMC 4518052. PMID 26224860.
- ^ Patterson MA, Lagier S, Carleton A (August 2013). "Odor representations in the olfactory bulb evolve after the first breath and persist as an odor afterimage". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (35): E3340-9. Bibcode:2013PNAS..110E3340P. doi:10.1073/pnas.1303873110. PMC 3761593. PMID 23918364.
- ^ Tecuapetla F, Patel JC, Xenias H, English D, Tadros I, Shah F, et al. (Květen 2010). "Glutamatergic signaling by mesolimbic dopamine neurons in the nucleus accumbens". The Journal of Neuroscience. 30 (20): 7105–10. doi:10.1523/JNEUROSCI.0265-10.2010. PMC 3842465. PMID 20484653.
- ^ Cela E, McFarlan AR, Chung AJ, Wang T, Chierzi S, Murai KK, Sjöström PJ (March 2019). „Optogenetický model vzplanutí neokortikální epilepsie“. Scientific Reports. 9 (1): 5236. Bibcode:2019NatSR ... 9.5236C. doi:10.1038 / s41598-019-41533-2. PMC 6437216. PMID 30918286.
- ^ Bingen BO, Engels MC, Schalij MJ, Jangsangthong W, Neshati Z, Feola I, et al. (Říjen 2014). "Light-induced termination of spiral wave arrhythmias by optogenetic engineering of atrial cardiomyocytes". Kardiovaskulární výzkum. 104 (1): 194–205. doi:10.1093/cvr/cvu179. PMID 25082848.
- ^ Nussinovitch U, Gepstein L (July 2015). "Optogenetics for in vivo cardiac pacing and resynchronization therapies". Nature Biotechnology. 33 (7): 750–4. doi:10.1038/nbt.3268. PMID 26098449. S2CID 1794556.
- ^ Nyns EC, Kip A, Bart CI, Plomp JJ, Zeppenfeld K, Schalij MJ, et al. (Červenec 2017). "Optogenetic termination of ventricular arrhythmias in the whole heart: towards biological cardiac rhythm management". European Heart Journal. 38 (27): 2132–2136. doi:10.1093/eurheartj/ehw574. PMC 5837774. PMID 28011703.
- ^ Bruegmann T, Boyle PM, Vogt CC, Karathanos TV, Arevalo HJ, Fleischmann BK, et al. (Říjen 2016). "Optogenetic defibrillation terminates ventricular arrhythmia in mouse hearts and human simulations". The Journal of Clinical Investigation. 126 (10): 3894–3904. doi:10.1172/JCI88950. PMC 5096832. PMID 27617859.
- ^ Crocini C, Ferrantini C, Coppini R, Scardigli M, Yan P, Loew LM, et al. (Říjen 2016). "Optogenetics design of mechanistically-based stimulation patterns for cardiac defibrillation". Scientific Reports. 6: 35628. Bibcode:2016NatSR...635628C. doi:10.1038/srep35628. PMC 5066272. PMID 27748433.
- ^ Hernandez VH, Gehrt A, Reuter K, Jing Z, Jeschke M, Mendoza Schulz A, et al. (Březen 2014). "Optogenetic stimulation of the auditory pathway". The Journal of Clinical Investigation. 124 (3): 1114–29. doi:10.1172/JCI69050. PMC 3934189. PMID 24509078.
- ^ Keppeler D, Merino RM, Lopez de la Morena D, Bali B, Huet AT, Gehrt A, et al. (Prosinec 2018). "Ultrafast optogenetic stimulation of the auditory pathway by targeting-optimized Chronos". Časopis EMBO. 37 (24): e99649. doi:10.15252/embj.201899649. PMC 6293277. PMID 30396994.
- ^ Mager T, Lopez de la Morena D, Senn V, Schlotte J, D Errico A, Feldbauer K, et al. (Květen 2018). "High frequency neural spiking and auditory signaling by ultrafast red-shifted optogenetics". Nature Communications. 9 (1): 1750. Bibcode:2018NatCo...9.1750M. doi:10.1038/s41467-018-04146-3. PMC 5931537. PMID 29717130.
- ^ "Engineering long-wavelength light-driven ion channels to hear the light. Atlas of Science". Citováno 7. listopadu 2019.
- ^ Moser T (October 2015). "Optogenetic stimulation of the auditory pathway for research and future prosthetics". Aktuální názor v neurobiologii. 34: 29–36. doi:10.1016/j.conb.2015.01.004. PMID 25637880. S2CID 35199775.
- ^ Lin JY, Knutsen PM, Muller A, Kleinfeld D, Tsien RY (October 2013). "ReaChR: a red-shifted variant of channelrhodopsin enables deep transcranial optogenetic excitation". Nature Neuroscience. 16 (10): 1499–508. doi:10.1038/nn.3502. PMC 3793847. PMID 23995068.
- ^ Matthews GA, Nieh EH, Vander Weele CM, Halbert SA, Pradhan RV, Yosafat AS, et al. (Únor 2016). "Dorsal Raphe Dopamine Neurons Represent the Experience of Social Isolation". Cell. 164 (4): 617–31. doi:10.1016/j.cell.2015.12.040. PMC 4752823. PMID 26871628.
- ^ Klapoetke NC, Murata Y, Kim SS, Pulver SR, Birdsey-Benson A, Cho YK, et al. (Březen 2014). "Independent optical excitation of distinct neural populations". Přírodní metody. 11 (3): 338–46. doi:10.1038/nmeth.2836. PMC 3943671. PMID 24509633.
- ^ Berndt A, Yizhar O, Gunaydin LA, Hegemann P, Deisseroth K (February 2009). "Bi-stable neural state switches". Nature Neuroscience. 12 (2): 229–34. doi:10.1038/nn.2247. PMID 19079251. S2CID 15125498.
- ^ Govorunova EG, Sineshchekov OA, Janz R, Liu X, Spudich JL (August 2015). "NEUROSCIENCE. Natural light-gated anion channels: A family of microbial rhodopsins for advanced optogenetics". Věda. 349 (6248): 647–50. doi:10.1126 / science.aaa7484. PMC 4764398. PMID 26113638.
- ^ Mauss AS, Busch C, Borst A (October 2017). "Optogenetic Neuronal Silencing in Drosophila during Visual Processing". Scientific Reports. 7 (1): 13823. Bibcode:2017NatSR...713823M. doi:10.1038/s41598-017-14076-7. PMC 5653863. PMID 29061981.
- ^ Kovács KA, O'Neill J, Schoenenberger P, Penttonen M, Ranguel Guerrero DK, Csicsvari J (19 Nov 2016). "Optogenetically Blocking Sharp Wave Ripple Events in Sleep Does Not Interfere with the Formation of Stable Spatial Representation in the CA1 Area of the Hippocampus". PLOS ONE. 11 (10): e0164675. Bibcode:2016PLoSO..1164675K. doi:10.1371/journal.pone.0164675. PMC 5070819. PMID 27760158.
- ^ A b Valon L, Marín-Llauradó A, Wyatt T, Charras G, Trepat X (February 2017). "Optogenetic control of cellular forces and mechanotransduction". Nature Communications. 8: 14396. Bibcode:2017NatCo...814396V. doi:10.1038/ncomms14396. PMC 5309899. PMID 28186127.
- ^ A b C d E Khamo JS, Krishnamurthy VV, Sharum SR, Mondal P, Zhang K (October 2017). "Applications of Optobiology in Intact Cells and Multicellular Organisms". Journal of Molecular Biology. 429 (20): 2999–3017. doi:10.1016/j.jmb.2017.08.015. PMID 28882542.
- ^ "optogenetics - Search Results". PubMed. Citováno 2020-02-29.
- ^ Wittmann T, Dema A, van Haren J (May 2020). "Lights, cytoskeleton, action: Optogenetic control of cell dynamics". Aktuální názor na buněčnou biologii. Elsevier Ltd. 66: 1–10. doi:10.1016/j.ceb.2020.03.003. PMC 7577957. PMID 32371345.
- ^ Konermann S, Brigham MD, Trevino A, Hsu PD, Heidenreich M, Cong L, et al. (Srpen 2013). "Optical control of mammalian endogenous transcription and epigenetic states". Příroda. 500 (7463): 472–476. Bibcode:2013Natur.500..472K. doi:10.1038/nature12466. PMC 3856241. PMID 23877069.
- ^ Leung DW, Otomo C, Chory J, Rosen MK (September 2008). "Genetically encoded photoswitching of actin assembly through the Cdc42-WASP-Arp2/3 complex pathway". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (35): 12797–802. Bibcode:2008PNAS..10512797L. doi:10.1073/pnas.0801232105. PMC 2525560. PMID 18728185.
- ^ Toettcher JE, Gong D, Lim WA, Weiner OD (September 2011). "Light-based feedback for controlling intracellular signaling dynamics". Přírodní metody. 8 (10): 837–9. doi:10.1038/nmeth.1700. PMC 3184382. PMID 21909100.
- ^ Strickland D, Lin Y, Wagner E, Hope CM, Zayner J, Antoniou C, et al. (Březen 2012). "TULIPs: tunable, light-controlled interacting protein tags for cell biology". Přírodní metody. 9 (4): 379–84. doi:10.1038/nmeth.1904. PMC 3444151. PMID 22388287.
- ^ Idevall-Hagren O, Dickson EJ, Hille B, Toomre DK, De Camilli P (August 2012). "Optogenetic control of phosphoinositide metabolism". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (35): E2316-23. Bibcode:2012PNAS..109E2316I. doi:10.1073/pnas.1211305109. PMC 3435206. PMID 22847441.
- ^ Bugaj LJ, Choksi AT, Mesuda CK, Kane RS, Schaffer DV (March 2013). "Optogenetic protein clustering and signaling activation in mammalian cells". Přírodní metody. 10 (3): 249–52. doi:10.1038/nmeth.2360. PMID 23377377. S2CID 8737019.
- ^ Lungu OI, Hallett RA, Choi EJ, Aiken MJ, Hahn KM, Kuhlman B (April 2012). "Designing photoswitchable peptides using the AsLOV2 domain". Chemie a biologie. 19 (4): 507–17. doi:10.1016/j.chembiol.2012.02.006. PMC 3334866. PMID 22520757.
- ^ Wu YI, Frey D, Lungu OI, Jaehrig A, Schlichting I, Kuhlman B, Hahn KM (September 2009). "A genetically encoded photoactivatable Rac controls the motility of living cells". Příroda. 461 (7260): 104–8. Bibcode:2009Natur.461..104W. doi:10.1038/nature08241. PMC 2766670. PMID 19693014.
- ^ Smart AD, Pache RA, Thomsen ND, Kortemme T, Davis GW, Wells JA (September 2017). "Engineering a light-activated caspase-3 for precise ablation of neurons in vivo". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (39): E8174–E8183. doi:10.1073/pnas.1705064114. PMC 5625904. PMID 28893998.
- ^ Dagliyan O, Tarnawski M, Chu PH, Shirvanyants D, Schlichting I, Dokholyan NV, Hahn KM (December 2016). "Engineering extrinsic disorder to control protein activity in living cells". Věda. 354 (6318): 1441–1444. Bibcode:2016Sci...354.1441D. doi:10.1126/science.aah3404. PMC 5362825. PMID 27980211.
- ^ Guntas G, Hallett RA, Zimmerman SP, Williams T, Yumerefendi H, Bear JE, Kuhlman B (January 2015). "Engineering an improved light-induced dimer (iLID) for controlling the localization and activity of signaling proteins". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (1): 112–7. Bibcode:2015PNAS..112..112G. doi:10.1073/pnas.1417910112. PMC 4291625. PMID 25535392.
- ^ Wang H, Vilela M, Winkler A, Tarnawski M, Schlichting I, Yumerefendi H, et al. (Září 2016). "LOVTRAP: an optogenetic system for photoinduced protein dissociation". Přírodní metody. 13 (9): 755–8. doi:10.1038/nmeth.3926. PMC 5137947. PMID 27427858.
- ^ van Haren J, Charafeddine RA, Ettinger A, Wang H, Hahn KM, Wittmann T (March 2018). "Local control of intracellular microtubule dynamics by EB1 photodissociation". Přírodní buněčná biologie. Nature Research. 20 (3): 252–261. doi:10.1038/s41556-017-0028-5. PMC 5826794. PMID 29379139.
- ^ A b Zhou XX, Chung HK, Lam AJ, Lin MZ (November 2012). "Optical control of protein activity by fluorescent protein domains". Věda. 338 (6108): 810–4. Bibcode:2012Sci...338..810Z. doi:10.1126/science.1226854. PMC 3702057. PMID 23139335.
- ^ Purvis JE, Lahav G (February 2013). "Encoding and decoding cellular information through signaling dynamics". Cell. 152 (5): 945–56. doi:10.1016/j.cell.2013.02.005. PMC 3707615. PMID 23452846.
- ^ Santos SD, Verveer PJ, Bastiaens PI (March 2007). "Growth factor-induced MAPK network topology shapes Erk response determining PC-12 cell fate". Přírodní buněčná biologie. 9 (3): 324–30. doi:10.1038/ncb1543. PMID 17310240. S2CID 31709706.
- ^ Toettcher JE, Weiner OD, Lim WA (December 2013). "Using optogenetics to interrogate the dynamic control of signal transmission by the Ras/Erk module". Cell. 155 (6): 1422–34. doi:10.1016/j.cell.2013.11.004. PMC 3925772. PMID 24315106.
Další čtení
- Appasani K (2017). Optogenetics: from neuronal function to mapping and disease biology. Cambridge, Velká Británie: Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-05301-4.
- Banerjee S, Mitra D (January 2020). "Structural Basis of Design and Engineering for Advanced Plant Optogenetics". Trendy ve vědě o rostlinách. 25 (1): 35–65. doi:10.1016/j.tplants.2019.10.002. PMID 31699521.
- Hu W, Li Q, Li B, Ma K, Zhang C, Fu X (January 2020). "Optogenetics sheds new light on tissue engineering and regenerative medicine". Biomateriály. 227: 119546. doi:10.1016 / j.biomaterials.2019.119546. PMID 31655444.
- Jarrin S, Finn DP (říjen 2019). „Optogenetika a její aplikace ve výzkumu bolesti a úzkosti“. Neurovědy a biobehaviorální recenze. 105: 200–211. doi:10.1016 / j.neubiorev.2019.08.007. PMID 31421140. S2CID 199577276.
- Johnson HE, Toettcher JE (srpen 2018). „Osvětlení vývojové biologie buněčnou optogenetikou“. Aktuální názor na biotechnologie. 52: 42–48. doi:10.1016 / j.copbio.2018.02.003. PMC 6082700. PMID 29505976.
- Krueger D, Izquierdo E, Viswanathan R, Hartmann J, Pallares Cartes C, De Renzis S (říjen 2019). "Principy a aplikace optogenetiky ve vývojové biologii". Rozvoj. Cambridge, Anglie. 146 (20): dev175067. doi:10.1242 / dev.175067. PMC 6914371. PMID 31641044.
- Losi A, Gardner KH, Möglich A (listopad 2018). „Receptory modrého světla pro optogenetiku“. Chemické recenze. 118 (21): 10659–10709. doi:10.1021 / acs.chemrev.8b00163. PMC 6500593. PMID 29984995.
- Vriz S, Ozawa T (září 2018). Optogenetika: světelné pohony a snímače vyzařující světlo v buněčné biologii. Komplexní série ve fotochemii a fotobiologii. 18. London: Royal Society of Chemistry. ISBN 978-1-78801-237-9.
- Wittmann T, Dema A, van Haren J (květen 2020). "Světla, cytoskelet, akce: Optogenetické řízení buněčné dynamiky". Aktuální názor na buněčnou biologii, tematické vydání: buněčná dynamika. Elsevier Ltd. 66: 1–10. doi:10.1016 / j.ceb.2020.03.003. PMID 32371345.
externí odkazy
- „Optogenetika: vrhání světla na mozková tajemství“. Scientifica.