小腦中的過(guò)程涉及影響運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的各種疾病。使用波鴻研究小組開(kāi)發(fā)的新工具可以更好地研究這些：一種與部分興奮性受體結(jié)合的光激活蛋白。
這種光遺傳學(xué)工具允許光激活小腦神經(jīng)元中的信號(hào)通路并觀察其影響。例如，德國(guó)波鴻魯爾大學(xué) Stefan Herlitze 教授研究小組的 Ida Siveke 博士領(lǐng)導(dǎo)的小組能夠證明信號(hào)通路參與小腦控制的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)。研究人員于2022 年 12 月 16 日 在iScience雜志上報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)。
大腦適應(yīng)
人腦最迷人的特性之一是其可塑性。這意味著大腦會(huì)根據(jù)外部和內(nèi)部條件調(diào)整其活動(dòng)。神經(jīng)元回路的功能以及行為、思想或感覺(jué)會(huì)因此發(fā)生變化。例如，神經(jīng)元可塑性可能由發(fā)育或疾病相關(guān)的激素平衡變化引起，但也可能由藥物或基因變化引起。為了研究這如何受到神經(jīng)細(xì)胞或受體的個(gè)體群的影響，研究人員使用光遺傳學(xué)方法。這涉及使用光激活蛋白來(lái)專(zhuān)門(mén)可視化神經(jīng)元信號(hào)或通過(guò)光控制細(xì)胞功能。
1 型代謝型谷氨酸受體(簡(jiǎn)稱(chēng) mGluR1)在小腦神經(jīng)元可塑性中起著重要作用。它的激活會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞之間的某些連接(即所謂的突觸)發(fā)生變化。
一種工具有助于觀察小腦
“為了研究和調(diào)節(jié)小腦的可塑性，我們開(kāi)發(fā)了一種光遺傳學(xué)工具，使我們能夠通過(guò)光調(diào)節(jié) mGluR1 信號(hào)級(jí)聯(lián)，”Ida Siveke 和 Tatjana Surdin 報(bào)告說(shuō)。這種稱(chēng)為 OPN4-mGluR1 的工具由一種光敏蛋白、黑視蛋白或 OPN4 組成，它與部分 mGluR1 受體結(jié)合，可以被引入各種細(xì)胞并在那里產(chǎn)生。
“這使我們能夠以與自然發(fā)生的方式相同的方式激活信號(hào)通路。但現(xiàn)在是通過(guò)光，”Tatjana Surdin 解釋說(shuō)。激活會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞中鈣濃度的增加以及小腦某些細(xì)胞(浦肯野細(xì)胞)的活性增加。信號(hào)通路的激活會(huì)長(zhǎng)時(shí)間下調(diào)特定突觸(平行纖維-浦肯野細(xì)胞突觸)的功能。
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