PNAS光遗传学上的重大突破： 不需要植入式光纤了

虽然传统的光遗传学利用微生物光敏通道蛋白来控制神经元的活动，在神经科学研究中获得了重大进展，但光纤植入大脑增加了一系列后备工作的负担，从而限制了光遗传学的应用。

光探头是必不可少的工具，通常在体内应用时需要侵入性的光纤植入，对临床应用和多个脑区的应用是重大的限制。另一方面，化学遗传学可以使用基因靶向结合的小分子调节脑神经元的活动。虽然是一种小分子系统，注射远比光纤植入带来的创口小，但化学遗传学方法有其自身的局限性，如反应动力学上比较慢和G蛋白信号的依赖，这可能引起不必要的二次目标神经元的影响。

结合光遗传学和化学遗传学方法的独特优势，可以为在大范围的空间尺度建立对神经回路的探提供前所未有的机遇。在1月5日在线发表的PNAS中，研究人员将光遗传学探针和荧光素酶融合，在体外时底物存在时发出生物光激活神经元，在体内除了物理光可以由生物光控制神经元的活性。这样的融合蛋白，称为luminopsins，可为实验和临床神经科学提供无比的价值。

luminopsins荧光素酶和视蛋白的融合蛋白，允许在不同时间和空间，无论是体外或体内生物光的激活，进行神经元回路的探测。在以前对野生型Gaussia荧光素酶和光敏感通道蛋白融合的基础上，在这篇研究中研究人员扩展了luminopsins，融合发出亮光的Gaussia荧光素酶不同变异体与光敏感通道蛋白来兴奋神经元（发光视蛋白，LMO）或质子泵来抑制神经元（抑制LMO，iLMO）。这些改进的LMOs可以在体外和体内可靠地激活或抑制神经元。在海马电路区域回路表达改进的LMO，不仅能对海马CA1区神经元突触活性的细时空分辨率进行定位，也可以在较大的时空尺度驱动兴奋回路。此外，病毒介导的LMO或iLMD在体内的黑质表达不仅产生预期的对单元活动的双向控制，也有针对全身注射荧光素酶底物回路行为的影响的反作用。

因此，虽然保持外部光源活化的能力，运用相同的视蛋白，实现非干扰的，化学遗传的方法实现了无创，LMOs扩大了光遗传学的使用，从而允许相同的探针在一定空间和时间尺度的范围操纵神经元活动。