在脑的小脑中的这种神经元的图像中，黄色细胞是其中正在产生通道视紫红质-2基因的浦肯野细胞。 Horwitz实验室/ UW医学
威斯康星大学医学院的研究人员开发了一种在动物模型中将基因插入成人大脑特定细胞类型的技术。
最近的工作表明，这种方法可以用来改变脑电路的功能和改变行为。这项研究出现在“ 神经资源”部分的“ 神经元 ”杂志上。
GR egory霍维茨，在医学华盛顿大学西雅图大学的生理学和生物物理学副教授领导的研究小组。他说，这种方法将使科学家更好地理解选择细胞类型在大脑复杂的电路中所起的作用。
研究人员希望这种方法可能有一天会导致治疗条件，如癫痫，可能通过激活一小部分细胞
Horwitz说：“大脑由多种不同功能的细胞组成，对于神经科学而言，最大的挑战之一就是设法研究特定细胞类型的功能，而不影响附近其他细胞类型的功能。“我们的研究表明，使用这种技术有可能选择性靶向成人大脑中的特定细胞类型，并且几乎立即影响行为。”
在他们的研究中，西雅图华盛顿国家灵长类动物研究中心的霍洛维茨和他的同事在小脑细胞中插入了一个基因，这个小结构位于大脑后面，藏在大脑的大脑中。
小脑的主要功能是控制运动。小脑疾病通常会导致失去协调。最近的研究表明，小脑在学习中可能也很重要，可能会涉及自闭症和精神分裂症等疾病。
科学家选择研究的细胞被称为浦肯野细胞。这些以他们的发现者命名的细胞，捷克解剖学家扬·伊万格利斯塔·蒲金耶（Jan Evangelista Purkinje），是人脑中最大的细胞。他们通常与数百个其他脑细胞建立联系。
“浦金吉细胞是一个神秘的细胞，”霍维茨说。“它是最大，最复杂的神经元之一，它处理来自数十万其他脑细胞的信号，我们知道它在运动和协调中起着关键作用，我们只是不知道如何。
他们插入的基因称为视紫红质蛋白-2，编码一种光敏蛋白质，将其自身插入到脑细胞膜中。当暴露在光线下时，它允许离子 - 微小带电粒子 - 穿过膜。这触发了脑细胞的射击。
该技术被称为光遗传学，通常用于研究小鼠的大脑功能。但在这些研究中，必须将基因导入胚胎小鼠细胞。
霍维茨说：“这种”转基因“方法在大脑的研究中证明是无价的。“但是如果我们总有一天会用它来治疗疾病的话，那么我们就需要找到一种在大多数神经系统疾病出现的时候在生命中引入基因的方法。”
他的研究小组面临的挑战是如何将channelrhodopsin-2导入成年动物的特定细胞类型。为了达到这个目的，他们使用了携带channelrhodopsin-2基因的修饰病毒以及称为启动子的DNA片段。启动子刺激细胞开始表达基因并制备通道视紫质-2膜蛋白。为确保该基因仅由浦肯野细胞表达，研究人员使用了一种在浦肯野细胞中强烈活化的启动子，称为L7 / Pcp2。
在他们的论文中，研究人员报告说，通过无痛地将修饰的病毒注射到恒河猴猕猴小脑的一个小区域，通道视紫红质-2被专门被靶向的浦肯野细胞摄取。研究人员随后表示，当他们通过精细的光纤将被处理的细胞暴露在光下时，他们能够刺激细胞以不同的速率起火并影响动物的运动控制。
霍维茨说，事实上，浦肯野细胞表达L7 / Pcp2启动子的速度比其他细胞更高，使得它们更有可能产生通道视紫红质-2膜蛋白。
他说：“这个实验证明，你可以用这个特定的启动子序列构建病毒载体，并且靶向一个特定的细胞类型。“启动子是神奇的，接下来，我们希望使用其他启动子来定位其他类型行为所涉及的细胞类型。”
霍维茨合着者是：主要作者Yasmine El-Shamayleh博士后; 演艺指导老师小岛佳子; 和UW学院生理学和生物物理学研究副教授Robijanto Soetedjo。都是华盛顿国家灵长类动物研究中心的研究人员。
这项研究是由国家卫生研究院资助给研究人员的; 美国国立卫生研究院基础研究项目办公室授予华盛顿国家灵长类动物研究中心和华盛顿大学医学院国家眼科研究所视觉研究核心资助。

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