Loading article…
オプトジェネティクスは、光を使ってニューロンや他の細胞タイプの活動を制御する生物学的手法です。これは、標的細胞に特異的に光感受性イオンチャネル、ポンプ、または酵素を発現させることによって実現されます。個々の細胞レベルでは、光活性化酵素と転写因子によって生化学的シグナル伝達経路を正確に制御できます。[1]システム神経科学では、遺伝的に定義されたニューロンセットの活動を制御する能力は、意思決定、[2]学習、[3]恐怖記憶、[4]交配、 [5 ] 依存症、[6]摂食、[7]運動へのニューロンの寄与を理解するために使用されています。[8]オプトジェネティクス技術の最初の医療応用では、網膜色素変性症の失明患者の視力が部分的に回復しました。[9]
脳の機能的連結性をマッピングするために、光遺伝学的技術も導入されている。[10] [11]遺伝子標識されたニューロンの活動を光で変化させ、イメージング技術や電気生理学技術を使用して他の細胞の活動を記録することで、研究者は細胞と脳領域間の統計的依存関係を特定することができる。[12] [13]
より広い意味では、光遺伝学の分野には、遺伝的にコード化された指標を用いて細胞の活動を記録する方法も含まれます。
2010年、オプトジェネティクスは、学際研究誌『ネイチャー・メソッド』によって、科学と工学の全分野にわたる「今年の手法」に選ばれました。[14]同年、学術研究誌『サイエンス』の「10年のブレークスルー」という記事でオプトジェネティクスが取り上げられました。[15] [16] [17]
歴史
1979 年、フランシス・クリックは、脳内の 1 種類の細胞をすべて制御し、他の細胞をほぼそのままにしておくことは、神経科学にとって真の課題であると示唆しました。クリックは、光を使用する技術が、神経活動を時間的および空間的に正確に制御するのに役立つ可能性があると推測しましたが、当時は神経細胞を光に反応させる技術はありませんでした。
1990年代初頭までに、LCカッツとEキャラウェイは光がグルタミン酸を解放できることを示しました。[18]ヘベルとビュルトは1994年に、酵母における光活性化イオンフローのためのバクテリオロドプシンの機能的異種発現をすでに示していました。[19]
1995 年、Georg NagelらとErnst Bamberg は微生物ロドプシン(バクテリオロドプシンでもあり、非神経系ではアフリカツメガエル卵母細胞) の異種発現を試み (Georg Nagel ら、1995 年、FEBS Lett.)、光誘起電流を示しました。
光を使用してロドプシン感作ニューロンを制御する最も初期の遺伝子標的法は、2002年1月にボリス・ゼメルマンとゲロ・ミーゼンベックによって報告され、彼らはショウジョウバエのロドプシン培養哺乳類ニューロンを使用しました。[20] 2003年に、ゼメルマンとミーゼンベックは、光に反応して光ケージリガンドによって単一のイオンチャネルTRPV1、TRPM8、およびP2X2がゲートされる、ニューロンの光依存活性化の2番目の方法を開発しました。[21] 2004年初頭、クレイマーとイサコフのグループは、トラウナーグループと共同で、遺伝子導入イオンチャネルと相互作用できる有機光スイッチまたは「可逆的にケージされた」化合物を開発しました。[22] [23] TRPV1方法論は、照明トリガーがないにもかかわらず、その後、実験動物の摂食、運動、行動の回復力を変更するためにいくつかの研究室で使用されました。[24] [25] [26]しかし、神経活動を変化させる光ベースのアプローチは、より使いやすいチャネルロドプシンがその後すぐにクローン化されたため、元の研究室の外では適用されなかったと考えられます。[27]
レーゲンスブルク大学で緑藻類の光反応を研究していたピーター・ヘーゲマンは、古典的なGタンパク質結合動物ロドプシンでは説明できないほど速い光電流を発見した。[28]フランクフルトのマックス・プランク研究所の電気生理学者ゲオルク・ナーゲルとチームを組み、彼らはクラミドモナス藻類の単一遺伝子がカエルの卵母細胞で発現すると大きな光電流を生成することを実証した。[29]発現細胞を識別するために、彼らは藻類タンパク質の細胞質末端を蛍光タンパク質YFPに置き換え、初めて一般的に適用可能な光遺伝学ツールを生み出した。[27]彼らは2003年の論文で、「卵母細胞または哺乳類細胞でのChR2の発現は、単に光を与えるだけで細胞質Ca 2+濃度を上昇させたり、細胞膜を脱分極させたりする ための強力なツールとして使用できる可能性がある」と述べた。
スタンフォード大学生物工学部のカール・デイセロスは、2004年7月初旬に、チャネルロドプシンを発現するニューロンの光活性化を示す最初の実験のノートページを発表しました。[30] 2005年8月、大学院生のエド・ボイデンとフェン・チャンを含む彼の研究室スタッフは、ゲオルク・ナーゲルと共同で、ゲオルク・ナーゲルのチャネルロドプシン-2（H134R）-eYFP変異体を使用したニューロンでの単一成分光遺伝学システムの初の実証を発表しました[31] 。これは、ゲオルク・ナーゲルとヘーゲマンによる機能特性評価以来の最初のチャネルロドプシン-2の変異体でした。[27]
ウェイン州立大学のZhuo-Hua Panは、失明した人の視力を回復させる研究をしており、神経節細胞（脳に直接つながる人間の目のニューロン）でチャネルロドプシンを試した。 Panによると、チャネルロドプシンによる網膜ニューロンの光活性化を初めて観察したのは2004年2月で、[32] Deisserothが2004年7月に初めて観察した5か月前だった。[33]実際、トランスフェクトされたニューロンは光に反応して電気的に活性化し、2005年にZhuo-Hua Panはマウスの網膜神経節細胞へのチャネルロドプシンの生体内トランスフェクションに成功し、網膜スライス培養で光刺激に対する電気的反応を報告した。[34]このアプローチは最終的に2021年にBotond Roskaと同僚によって人間の患者で実現された。[9]
2005年4月、スザナ・リマとミーゼンベックは、動物の行動を制御するために、遺伝的に標的化されたP2X2光刺激を初めて使用したと報告しました。 [35]彼らは、ドーパミン作動系などの遺伝的に限定されたニューロン群の光刺激が、ショウジョウバエの特徴的な行動変化を引き起こすことを示しました。
2005年10月、リン・ランドメッサーとステファン・ヘルリッツも、培養された海馬ニューロンと鶏の脊髄回路のニューロン活動を制御するためにチャネルロドプシン2を使用することを発表しました。[36]さらに、彼らは光活性化Gタンパク質結合受容体である脊椎動物ロドプシンを、海馬ニューロンと鶏の発達中の無傷の胚における細胞内シグナル伝達経路のリクルートメントを介してニューロン活動を抑制するツールとして初めて導入しました。[36]
アレクサンダー・ゴットシャルクとゲオルク・ナーゲルのグループは、最初の ChR2 変異体 (H134R) を作成し、チャネルロドプシン 2 を無傷の動物の神経活動を制御するために初めて使用し、線虫C. elegansの運動パターンが、遺伝的に選択された神経回路の光刺激によって誘発できることを示しました (2005 年 12 月に発表)。[37]マウスでは、光遺伝学的ツールの制御された発現は、多くの場合、ジョー Z. ツィエンが1990 年代に神経科学のために開発した細胞タイプ特異的 Cre/loxP 法によって達成され[38]、特定の脳領域と細胞タイプを生体内で活性化または阻害します。[39]
2007年、ボイデンとデイセロスの研究室は（ゴットシャルクとゲオルク・ナーゲルのグループと共同で）ニューロンの活動を光遺伝学的に阻害することに成功したことを同時に報告した。[40] [41]
2007年、ゲオルク・ナーゲルとヘーゲマンのグループは、cAMPの光遺伝学的操作を開始しました。[42] 2014年、アベラーらは真菌から最初のロドプシン-グアニリルシクラーゼ遺伝子を報告しました。2015年、シャイブらとガオらはロドプシン-グアニリルシクラーゼ遺伝子の活性を特徴付けました。そして、シチアン・ガオらとゲオルク・ナーゲル、アレクサンダー・ゴットシャルクは、それを最初の8TMロドプシンとして特定しました。[43]
説明
オプトジェネティクスは、ミリ秒単位の時間精度を提供するため、実験者は高速な生物学的情報処理（たとえば、特定のニューロンにおける特定の活動電位パターンの因果関係を調べる場合）に遅れずに対応できます。実際、神経コードを調べるには、定義上、オプトジェネティクスはミリ秒単位の時間精度で動作し、哺乳類を含む無傷の動物の脳内の特定の細胞内で正確な活動パターンを追加または削除できるようにする必要があります（図 1 を参照）。これに比べると、従来の遺伝子操作（これらの遺伝子の「機能喪失」または「機能獲得」の変化を介して、細胞内の特定の遺伝子の因果関係を調べるために使用）の時間精度は、数時間または数日から数か月とかなり遅いです。オプトジェネティクスでは、光学制御に遅れずに対応できる高速な読み出しも重要です。これは、電気記録（「オプトロード」）または科学者が蛍光タンパク質を検出タンパク質に融合したバイオセンサーであるレポータータンパク質を使用して行うことができます。さらに、オプトジェネティクスは、科学的影響を超えて、生態学的保全の価値（オプトジェネティクスの重要なツールの多くは、特殊な環境ニッチを占める微生物から生じるため）と、これらのオプシンが神経科学や神経精神疾患への洞察をもたらす潜在的な価値を考慮することなく、生物物理学者や微生物学者によって数十年にわたってそれ自体のために研究されてきたため、純粋な基礎科学の重要性の両方において重要なケーススタディを表しています。[47]
光活性化タンパク質：チャネル、ポンプ、酵素
したがって、オプトジェネティクスの特徴は、特定の標的メカニズムを使用して細胞タイプの解像度を維持しながら、電気的および生化学的イベントを時間的に正確に操作できるようにする、高速光活性化チャネル、ポンプ、および酵素の導入です。神経系の機能の調査に使用できる微生物オプシンには、ニューロンを興奮させるチャネルロドプシン(ChR2、ChR1、VChR1、および SFO) と、光誘導抑制用の陰イオン伝導チャネルロドプシンがあります。間接的に光制御されるカリウムチャネルは、最近、青色光照射中にニューロンで活動電位が生成されないように設計されました。[48] [49]光駆動イオンポンプは、神経活動の抑制にも使用され、例えばハロロドプシン（NpHR）、[50]強化ハロロドプシン（eNpHR2.0およびeNpHR3.0、図2参照）、[51] アーキアロドプシン（Arch）、真菌オプシン（Mac）、強化バクテリオロドプシン（eBR）などがある。[52]
行動中の哺乳類における明確に定義された生化学的事象の光遺伝学的制御も、現在では可能となっている。脊椎動物のオプシンを特定のGタンパク質共役受容体に融合させた先行研究[53]を基に、研究者が行動中の哺乳類において標的細胞内のcAMPやIP3などの特定の細胞内メッセンジャーの濃度を操作できるキメラ単一成分光遺伝学的ツールのファミリーが作成された。 [54]その後すぐに、光遺伝学に対する他の生化学的アプローチ（重要なのは、暗闇では低活性を示すツールを使用した）が続き、いくつかの異なる研究室による新しい戦略を使用して、培養細胞における小さなGTPaseとアデニル酸シクラーゼの光学的制御が達成された。[55] [56] [57] 光活性化アデニル酸シクラーゼは真菌で発見され、哺乳類のニューロンにおけるcAMPレベルの制御に効果的に使用されている。[58] [59]この新たなオプトジェネティックアクチュエーターのレパートリーにより、無傷の動物内で細胞機能の複数の軸を細胞タイプに応じて、時間的に正確に制御することが可能になりました。[60]
軽量アプリケーション向けハードウェア
もう一つの必要な要素は、自由に行動する動物の脳の奥深くにある特定の細胞タイプを制御できるようにするハードウェア（例えば、光ファイバーと固体光源の統合）です。後者は、2007 年に導入された光ファイバー結合ダイオード技術を使用して実現されるのが最も一般的です。[61] [62] [63]ただし、埋め込み電極の使用を避けるために、研究者は、透明になるように変更されたジルコニア製の「窓」をマウスの頭蓋骨に刻み込む方法を考案しました。これにより、光波がより深く浸透して個々のニューロンを刺激または抑制できるようになります。[64]大脳皮質などの脳の表層領域を刺激するには、光ファイバーまたはLED を動物の頭蓋骨に直接取り付けることができます。より深く埋め込まれた光ファイバーは、より深い脳領域に光を届けるために使用されています。[65]ファイバー テザー アプローチを補完する完全にワイヤレスな技術が開発され、自由に行動する生物の複雑な行動を妨げられることなく研究するために、頭部に取り付けられた LED にワイヤレスで電力を供給する方法が開発されました。[66]
光遺伝学的アクチュエータの発現
オプトジェネティクスには、細胞特異的プロモーターやその他のカスタマイズされた条件付き活性ウイルスなどの遺伝子標的化戦略の開発も必然的に含まれ、生きた動物（例えば、線虫、ショウジョウバエ、マウス、ラット、サル）の脳内の特定のニューロン集団に光感受性プローブを送達します。線虫やショウジョウバエなどの無脊椎動物では、全トランスレチナール（ATR）が食物とともに補給されます。上で述べたように、微生物オプシンの主な利点は、脊椎動物では外因性補因子を追加しなくても完全に機能することです。[63]
技術
オプトジェネティクスを使用する技術は柔軟性があり、実験者のニーズに合わせて調整できます。陽イオン選択性チャネルロドプシン（例：ChR2）はニューロンを興奮させるために使用され、陰イオン伝導性チャネルロドプシン（例：GtACR2）はニューロンの活動を抑制します。これらのツールを単一の構造（例：BiPOLES）に組み合わせると、照明の波長に応じて抑制と興奮の両方が可能になります。[68]
微生物オプシンを特定の細胞サブセットに導入することは困難です。一般的なアプローチは、興奮性ニューロンで活性化するCAMKIIαなどの特定のプロモーターに結合したオプトジェネティックアクチュエーター遺伝子を含む、設計されたウイルスベクターを導入することです。これにより、ある程度の特異性が得られ、例えばグリア細胞での発現を防ぐことができます。[69]
より具体的なアプローチは、特定の細胞サブセット（例えばパルブアルブミン発現介在ニューロン）において、2つのlox-P部位間の組換えを触媒する酵素であるCreリコンビナーゼを発現するトランスジェニック「ドライバー」マウスに基づいています。2つのlox-P部位の間にオプトジェネティックアクチュエーター遺伝子を含む人工ウイルスベクターを導入することにより、Creリコンビナーゼを産生する細胞のみが微生物オプシンを発現します。この技術により、新しい微生物オプシンが必要になるたびにトランスジェニック動物の系統全体を作成する必要がなく、複数の改変オプトジェネティックアクチュエーターを使用できるようになりました。[70]
微生物オプシンの導入と発現後、コンピュータ制御の光源を問題の脳領域に光学的に結合する必要があります。発光ダイオード（LED）またはファイバー結合ダイオード励起固体レーザー（DPSS）がよく使用されます。最近の進歩には、LEDを標的領域に適用し、その結果、動物に動きの自由度を与えるワイヤレスヘッドマウントデバイスの登場が含まれます。[71] [72]
ファイバーベースのアプローチは、光刺激とカルシウムイメージングを組み合わせるためにも使用できます。[65]これにより、研究者は覚醒した行動中の動物の単一ニューロンの活動を視覚化し、操作することができます。[73]また、光ファイバーを介して外部に配置された光検出器と光刺激装置に接続されたGRINレンズを使用して、複数の深部脳領域から同時に記録することも可能です。[74] [75]
技術的な課題
選択的表現
オプトジェネティクスの主な問題の一つは、問題となっている細胞すべてが微生物オプシン遺伝子を同じレベルで発現するわけではないということです。したがって、定義された光強度で照射しても、個々の細胞にさまざまな影響が及びます。脳内のニューロンに対するオプトジェネティクス刺激は、光源（例：埋め込まれた光ファイバー）からの光強度が指数関数的に低下するため、さらに制御が難しくなります。
オプシンを特定の細胞内区画、例えば細胞膜、シナプス小胞、ミトコンドリアに標的とすることは依然として困難である。[51] [76]オプシンを樹状突起、細胞体、軸索終末などの細胞膜の特定の領域に限定することで、神経回路をより強固に理解することができる。[76]
数学的モデリングにより、特定の細胞タイプにおけるオプシンの選択的発現が神経回路の動的挙動を劇的に変化させることができることが示されています。特に、抑制細胞を優先的に標的とする光遺伝学的刺激は、神経組織の興奮性を変化させ、トランスフェクトされていないニューロンにも影響を与える可能性があります。[77]
運動学と同期
オリジナルのチャネルロドプシン2は、皮質ニューロンの典型的な陽イオンチャネルよりも閉じるのが遅く、脱分極とカルシウム流入が長引いた。[78]それ以来、より好ましい速度論を持つ多くのチャネルロドプシン変異体が設計されてきた。[55] [56]
自然なスパイクパターンと光遺伝学的活性化の違いは、パルス光刺激では発現ニューロンの同期活性化が生成され、刺激を受けた集団内での連続的な活動の可能性が排除されることです。したがって、影響を受ける集団内の細胞がどのように相互に通信するか、または活性化の位相特性が回路機能にどのように関係するかを理解することは困難です。
オプトジェネティック活性化は機能的磁気共鳴画像法（ofMRI）と組み合わせて、脳の神経接続の詳細なマップであるコネクトームを解明してきました。 [76] [79]正確にタイミングを合わせたオプトジェネティック活性化は、fMRIの基礎となる 遅延血行動態信号（BOLD ）を較正するために使用されます。
光吸収スペクトル
現在使用されているオプシンタンパク質は、可視スペクトル全体にわたって吸収ピークを持っていますが、青色光に対してかなり敏感です。[76]このスペクトルの重複により、オプシン活性化と、ほとんどが青色光励起を必要とする遺伝子コード化指標（ GEVI、GECI、GluSnFR、シナプトpHluorin ）を組み合わせることは非常に困難です。赤外線活性化オプシンは、標準的な放射照度値で、光の浸透を増加させ、光散乱を減らすことで解像度を増強します。
空間応答
散乱により、神経組織のパッチ内のニューロンを刺激する狭い光線は、刺激光線よりもはるかに広い応答プロファイルを引き起こす可能性があります。[80]この場合、ニューロンは意図せずに活性化（または抑制）される可能性があります。計算シミュレーションツール[81] [82]は、さまざまな波長の光に対して刺激された組織の体積を推定するために使用されます。
アプリケーション
光遺伝学の分野では、特定の細胞型が生体内の神経回路などの生物学的組織の機能にどのように寄与しているかについての基礎科学的理解が深まっています。臨床面では、光遺伝学に基づく研究により、光による回復[1]、[83] パーキンソン病[84] [85]や、自閉症、統合失調症、薬物乱用、不安症、うつ病などの神経疾患や精神疾患[52] [86] [87] [88]に関する知見が得られています。失明の実験的治療法には、神経節細胞で発現したチャネルロドプシンを、人工ゴーグルからの光パターンで刺激するものがあります。[89] [9]
特定のニューロンとネットワークの識別
扁桃体
オプトジェネティクスのアプローチは、恐怖条件付けに寄与する扁桃体の神経回路をマッピングするために使用されてきた。[90] [91] [92] [93]神経回路のそのような例の1つは、基底外側扁桃体から背内側前頭前皮質への接続であり、そこではマウスの恐怖誘発性すくみ行動との相関関係で4 Hzの神経振動が観察されている。トランスジェニックマウスに、4 Hz振動の原因となる基底外側扁桃体と背内側前頭前皮質の両方に位置する介在ニューロンを選択的に感染させるパルブアルブミン-Creプロモーターを結合したチャネルロドポシン-2が導入された。介在ニューロンは光刺激を受けて凍結行動を生成し、その結果、これらの4Hz振動が背内側前頭前皮質と基底外側部扁桃体に沿ったニューロン集団によって生成される基本的な恐怖反応の原因である可能性があるという証拠を提供した。[94]
嗅球
嗅覚感覚ニューロンの光遺伝学的活性化は、匂い処理のタイミングを明らかにするために重要であり[95] 、神経調節を介した嗅覚誘導行動（攻撃、交尾など）のメカニズムにも重要であった[96]。さらに、光遺伝学の助けを借りて、匂いの「残像」は嗅覚受容体ニューロンが位置する周辺部ではなく、嗅球の周囲に集中していることを示す証拠が再現された。チャネルロドプシンThy1-ChR2に感染したトランスジェニックマウスは、嗅球の背部上に経頭蓋的に配置した473nmレーザーで刺激された。嗅球の僧帽細胞のより長い光刺激は、光刺激が停止した後もその領域でより長く持続するニューロン活動の観察につながり、嗅覚感覚系が長期的な変化を経験し、古い匂いと新しい匂いの違いを認識できることを意味した。[97]
側坐核
光遺伝学、自由に動く哺乳類の行動、生体電気生理学、スライス生理学を統合して、直接的な興奮または抑制によって側坐核のコリン 作動性介在ニューロンを調べた。側坐核ニューロン全体の1％未満を占めるにもかかわらず、これらのコリン作動性細胞は、側坐核の中型有棘ニューロン（MSN）を支配するドーパミン作動性終末の活動を制御することができる。 [98]これらの側坐核MSNは、コカインが効果を発揮する神経経路に関与していることが知られている。なぜなら、コカインによって誘発されるこれらのニューロンの活動の変化を減少させることで、コカインの条件付けが抑制されることが示されているからである。側坐核に存在する少数のコリン作動性ニューロンは、コカイン依存症の治療における薬物療法の有効なターゲットとなる可能性がある[52]
前頭前皮質
コロラド大学ボルダー校のドナルド・C・クーパー博士の光生理学研究所による生体内および生体外記録では、前頭前野内の個々のCAMKII AAV-ChR2発現錐体ニューロンが、20Hzの青色光の短パルスで高忠実度の活動電位出力を示した（図1）。[44]
運動皮質
健康な動物における生体内での反復光遺伝学的刺激は、最終的に発作を誘発することができた。[99]このモデルはオプトキンドリングと呼ばれている。
梨状皮質
健康な動物の梨状皮質錐体細胞に対する生体内での反復光遺伝学的刺激は、最終的に発作を誘発することができた。 [100] 試験管内研究では、GABA合成障害により梨状回路におけるフィードバック抑制が失われることが明らかになった。[100]
心臓
光遺伝学は、心房細動で起こることがわかっている螺旋波不整脈を光で停止させるために心房心筋細胞に適用されました。[ 101]この方法はまだ開発段階にあります。最近の研究では、不整脈を矯正し心臓ペーシングを再同期する方法として光遺伝学の可能性を検討しました。この研究では、トランスジェニックマウスの心臓の心室領域の心筋細胞にチャネルロドプシン-2を導入し、開腔マウスと閉腔マウスの両方で光刺激のin vitro研究を実施しました。光刺激により細胞の活性化が増加し、心室収縮が増加して心拍数が上昇しました。さらに、このアプローチは、電極ベースのCRTの代替として、新しい生物学的ペースメーカーとして心臓再同期療法（CRT）に応用されています。[102]最近では、オプトジェネティクスは、局所的な心外膜照明、[103]全身的な心臓照明[104] 、または不整脈発生メカニズムに基づいてカスタマイズされた刺激パターンを使用して除細動エネルギーを低減することにより、心室性不整脈を除細動するために心臓に使用されています。[105]
らせん神経節
聴覚障害のあるマウスのらせん神経節を光遺伝学的に刺激すると、聴覚活動が回復した。[106]蝸牛領域に光遺伝学的に刺激を与えると、らせん神経節細胞 (SGN) を刺激または抑制することができる。さらに、SGN の静止電位の特性のため、Chronos、[107] CatCh、f-Chrimson など、タンパク質チャネルロドプシン 2 のさまざまな変異体が使用されている。[108] Chronos および CatCh の変異体は、不活性化状態で過ごす時間が短いため、青色光の放出が少なくなり、活動が活発になるという点で特に有用である。さらに、f-Chrimson などの人工赤方偏移チャネルを使用すると、より長い波長を使用した刺激が可能になり、ゲーティング速度を犠牲にすることなく、長期的に光毒性の潜在的なリスクが低減する。[109]その結果、光を発する LED に必要なエネルギーが少なくなり、光刺激と組み合わせた蝸牛補綴のアイデアがより実現可能になる。[110]
脳幹
顔面運動核で発現する改変型赤色光興奮性チャネルロドプシン（ReaChR）の光遺伝学的刺激により、マウスのひげ運動を駆動するのに効果的な運動ニューロンを最小限の侵襲で活性化することができた。 [111]ある新しい研究では、背縫線核の光遺伝学を用いて、腹側被蓋野へのドーパミン作動性放出を活性化および阻害した。活性化を生じさせるために、トランスジェニックマウスにTH-Creプロモーターを有するチャネルロドプシン-2を感染させ、阻害を生じさせるために、過分極オプシンNpHRをTH-Creプロモーターに加えた。結果は、ドーパミン作動性ニューロンを光活性化すると社会的相互作用が増加し、その阻害により、一定期間の隔離後にのみ社交の必要性が減少することを示した。[112]
視覚システム
視覚系の研究をオプトジェネティクスを用いて行うことは、困難な場合があります。実際、オプトジェネティクス制御に使用される光は、一次視覚回路と光受容体が近接しているため、光受容体の活性化につながる可能性があります。この場合、空間選択性を達成することは困難です（特にハエの視葉の場合）。したがって、視覚系の研究では、光受容体内のロドプシンとは異なる波長の光によって活性化されるチャネル（ショウジョウバエのロドプシン1は480 nmでピーク活性化します）を使用して、スペクトル分離する必要があります。赤方偏移CsChrimson [113]または双安定チャネルロドプシン[114]は、どちらもスペクトル分離を可能にするため、ニューロンの光遺伝学的活性化（つまり脱分極）に使用されます。ニューロンのサイレンシング（すなわち過分極）を達成するために、隠蔽藻類のギラルディア・シータ種で発見された陰イオンチャネルロドプシン（GtACR1と命名）[115]を使用することができる。GtACR1は、ハロロドプシンクラスの塩素ポンプなどの他の抑制チャネルよりも光に敏感で、強いコンダクタンスを与える。その活性化ピーク（515 nm）はロドプシン1のそれに近いため、視覚刺激だけでなくオプトジェネティック照明も慎重に較正する必要がある。考慮すべき要素は、オプトジェネティック照明の波長（GtACR1の活性化ピークよりも高い可能性あり）、刺激の大きさ（刺激光によるチャネルの活性化を避けるため）、およびオプトジェネティック照明の強度である。 GtACR1はT4/T5ニューロンの発現を抑制することで、ショウジョウバエの視覚系の光遺伝学的研究において有用な阻害ツールとなり得ることが示されている。 [116]これらの研究は、例えば視運動反応を調べるために、行動中の健常動物に対して行うこともできる。
感覚運動系
光遺伝学的にニューロンを抑制または活性化することで、行動を生み出す上でのニューロンの必要性と十分性をそれぞれテストします。[117]このアプローチを使用して、研究者は運動出力を制御する神経回路を解剖できます。 感覚運動システムのさまざまな場所でニューロンを混乱させることにより、研究者は、定型行動を誘発する際の下降ニューロンの役割、[118]局所的な触覚感覚入力[119]と介在ニューロンの活動[120]がどのように運動を変化させるか、および運動の生成と調整におけるプルキンエ細胞の役割について学びました。 [121]これは、動物の運動と動きの神経的基盤をより広く 理解するための強力な手法です。
介入の正確な時間的制御
現在利用可能なオプトジェネティックアクチュエータは、必要な介入（すなわち、標的ニューロンの抑制または興奮）の正確な時間制御を可能にし、その精度は通常ミリ秒レベルまで下がります。[122]しかし、時間精度はオプトジェネティックアクチュエータごとに異なり、[123]刺激の周波数と強度に依存します。[80]
介入に使用される光が、行動の特定の要素（行動を抑制するため）、特定の無条件刺激（その刺激に何かを関連付けるため）、または脳内の特定の振動イベント（イベントを抑制するため）によってトリガーされる実験が考案されるようになりました。[124] [125]この種のアプローチは、すでにいくつかの脳領域で使用されています。
海馬
鋭波および波紋複合体（SWR）は、記憶の形成と強化に役割を果たすと考えられている、海馬における明確な高周波振動イベントです。これらのイベントは、オンラインで記録された局所場電位の振動サイクルを追跡することで簡単に検出できます。このようにして、イベントの開始を光フラッシュのトリガー信号として使用し、光フラッシュを海馬に送り返すことで、SWR中のニューロンを特異的に抑制し、また、振動自体を光遺伝学的に抑制することができます。[126]この種の「閉ループ」実験は、SWR複合体と記憶におけるその役割を研究するのに役立ちます。
細胞生物学/細胞シグナル伝達経路
チャネルロドプシン2などの天然の光依存性イオンチャネルがイオン流束の光制御を可能にし、これが神経科学で特に有用であるのと同様に、天然の光制御シグナル伝達タンパク質もまた、セカンドメッセンジャー生成とタンパク質間相互作用の両方を含む生化学経路の光制御を可能にし、これは細胞生物学と発生生物学の研究で特に有用である。[128] 2002年には、酵母における遺伝子転写を制御するために植物フィトクロムとフィトクロム相互作用因子（PIF）間の光誘導相互作用を用いて、生化学経路を制御するために他の生物の光タンパク質を使用する最初の例が実証された。[1]フィトクロムをDNA結合ドメインに融合し、PIFを転写活性化ドメインに融合することにより、DNA結合ドメインによって認識される遺伝子の転写活性化を光によって誘導することができる。[1]この研究は、例えば「光ファイバーによる指向性光送達は、より大きく不透明な生物であっても、特定の細胞や組織を標的にできる可能性がある」と示唆することで、脳におけるオプトジェネティクスのその後の発展の側面を予見していた。[1]文献では、光タンパク質による細胞生化学の制御がオプトジェネティクスの定義に含まれるべきかどうかについては一貫性がない。なぜなら、一般的な用法では、オプトジェネティクスは特にオプシンによるニューロン発火の制御を指しており、[129] [130] [17] [131]また、オプシンによるニューロン発火の制御は、光タンパク質による細胞生化学の制御よりも後発であり、異なるメカニズムを使用しているためである。[128]
さまざまな細胞シグナル伝達経路で使用される光感受性タンパク質
植物やシアノバクテリアに見られるフィトクロムに加えて、植物や酵母のLOVドメイン（光酸素電圧感知ドメイン）と植物のクリプトクロムドメインは、細胞内の生化学経路の光制御に使用されてきた他の天然の光感覚ドメインです。 [132] [128]さらに、蛍光タンパク質Dronpaから合成光感覚ドメインが設計され、生化学経路を光制御しています。[128]光感覚ドメインでは、光吸収はタンパク質間相互作用の変化（フィトクロム、一部のLOVドメイン、クリプトクロム、およびDronpa変異体の場合）または連結されたタンパク質セグメントを露出させるか、連結されたタンパク質ドメインの活性を変える構造変化（フィトクロムと一部のLOVドメインの場合）と連動しています。[128]光調節性タンパク質間相互作用は、例えば遺伝子転写やDNA修飾を誘導するためにタンパク質をDNAにリクルートするために、または例えば常在シグナル伝達タンパク質を活性化するために細胞膜にリクルートするために使用することができる。[127] [133] [134] [135] [136] [137] CRY2も活性化するとクラスターを形成するため、シグナル伝達ドメインと融合され、その後光活性化されてクラスター形成に基づく活性化が可能になっている。[138] Avena sativa （オート麦）のLOV2ドメインは、短いペプチドまたは活性タンパク質ドメインを光依存的に露出させるために使用されている。[139] [140] [141]このLOVドメインを別のタンパク質に導入すると、光誘導性ペプチド障害を通じて機能を調節することができる。[142]ペプチドを光遺伝学的に露出させるasLOV2タンパク質は、いくつかの合成光誘起二量化システムおよび光誘起解離システム（それぞれiLIDおよびLOVTRAP）の足場としても使用されている。[143] [144]これらのシステムは、タンパク質分割戦略を通じてタンパク質を制御するために使用できる。[145]光解離性ドロンパドメインは、暗闇の中でタンパク質活性部位をケージ化し、シアン光照射後にケージを解除し、紫光照射後に再ケージ化するためにも使用されている。[146]
光によるシグナル伝達の時間的制御
細胞シグナル伝達経路がシグナルの持続時間と応答を異なる出力に変換する仕組みを解明するために、さまざまな時間間隔で信号を光学的に制御する能力が研究されている。 [147]自然なシグナル伝達カスケードは、刺激タイミングの持続時間とダイナミクスの違いに異なる出力で応答することができる。[148]たとえば、PC12 細胞を上皮成長因子 (EGF、ERK 活性の一時的なプロファイルを誘導) で処理すると細胞増殖につながるのに対し、神経成長因子 (NGF、ERK 活性の持続的なプロファイルを誘導) を導入するとニューロン様細胞への分化につながる。[149]この動作は当初 EGF と NGF の適用を使用して特徴付けられていたが、この発見は光入力で部分的に再現されている。[150]さらに、光解離性 Dronpa ドメインで設計された光スイッチ可能な RAF の脈動活性化を使用して、RAF-MEK-ERK 経路の急速な負のフィードバック ループが発見された。[146]
光遺伝学的ノイズ光刺激
エリアス・マンハレス教授の研究グループは、オプトジェネティックノイズ光刺激法を導入した。[151] [152] [153]これは、ランダムなノイズ光を使用してChR2を発現するニューロンを活性化する技術である。脳に対するオプトジェネティックノイズ光刺激の最適レベルは、体性感覚誘発電場電位、体性感覚刺激に対する錐体ニューロンの発火頻度応答、およびナトリウム電流振幅を増加させることができる。
受賞歴
オプトジェネティクス技術が脳研究に及ぼす強力な影響は、この分野の主要人物に数々の賞が授与されたことで認められています。
2010年、ゲオルク・ナーゲル、ペーター・ヘーゲマン、エルンスト・バンベルクはワイリー生物医学賞を受賞し[154]、2010年にはカール・ハインツ・ベッカート賞も受賞した。[155]同年、カール・ダイセロスは「行動の根底にある神経回路網の機能を研究するためのオプトジェネティクス手法の開発に関する先駆的な研究」により、第1回HFSP中曽根賞を受賞した。 [156]
2012年、バンベルク、ダイセロス、ヘーゲマン、ゲオルク・ナーゲルはマックス・プランク協会からチューリッヒ賞を受賞し、[157]ミーゼンベックは「神経活動を操作し、動物の行動を制御するための光遺伝学的アプローチの先駆者」としてバイエ・ラトゥール健康賞を受賞した。[158]
2013年、ゲオルク・ナーゲルとヘーゲマンはルイ・ジャンテ医学賞を受賞した。[159]また、その年、バンベルク、ボイデン、ダイセロス、ヘーゲマン、ミーゼンベック、ゲオルク・ナーゲルは「オプトジェネティクスの発明と改良」によりブレイン賞を共同受賞した。 [160] [161]
2017年、デイセロスは「オプトジェネティクスとハイドロゲル組織化学における発見、およびうつ病の神経回路基盤に関する研究」によりエルゼ・クローネン・フレゼニウス研究賞を受賞した。 [162]
2018年、稲盛財団はデイセロスに「光遺伝学の先駆者」および「システム神経科学研究に革命をもたらした」功績により京都賞を授与した。[163]
2019年、バンベルク、ボイデン、デイセロス、ヘーゲマン、ミーゼンベック、ゲオルク・ナーゲルは、「オプトジェネティクスの発明と改良に関する並外れた貢献」が認められ、アメリカ芸術科学アカデミーからラムフォード賞を受賞しました。 [164]
2020年、デイセロスは光遺伝学とハイドロゲル組織化学の開発により、オランダ王立芸術科学アカデミーからハイネケン医学賞を受賞した。 [165]
2020年、ミーゼンベック、ヘーゲマン、ゲオルク・ナーゲルの3人が共同でショー生命科学・医学賞を受賞しました。 [166]
2021年、ヘーゲマン、ダイセロス、ディーター・エスターヘルトはアルバート・ラスカー基礎医学研究賞を受賞しました。
参考文献
- ^ abcd Shimizu-Sato S, Huq E, Tepperman JM, Quail PH (2002年10月). 「光スイッチ可能な遺伝子プロモーターシステム」. Nature Biotechnology . 20 (10): 1041–1044. doi :10.1038/nbt734. PMID 12219076. S2CID 24914960.
- ^ Guo ZV, Li N, Huber D, Ophir E, Gutnisky D, Ting JT, et al. (2014年1月). 「マウスの触覚決定の基礎となる皮質活動の流れ」. Neuron . 81 (1): 179–194. doi :10.1016/j.neuron.2013.10.020. PMC 3984938. PMID 24361077 .
- ^ Lak A, Okun M, Moss MM, Gurnani H, Farrell K, Wells MJ, et al. (2020年2月). 「感覚への信頼と報酬価値からの学習におけるドーパミン作動性および前頭前野の基礎」. Neuron . 105 (4): 700–711.e6. doi :10.1016/j.neuron.2019.11.018. PMC 7031700. PMID 31859030 .
- ^ Liu X、Ramirez S、Pang PT、Puryear CB、Govindarajan A、Deisseroth K、Tonegawa S (2012 年 3 月)。「海馬エングラムの光遺伝学的刺激が恐怖記憶想起を活性化する」。Nature . 484 ( 7394): 381–385. Bibcode :2012Natur.484..381L. doi :10.1038/nature11028. PMC 3331914 . PMID 22441246.
- ^ 田中 亮、樋口 剛、小波津 聡、佐藤 健、山本 大輔 (2017 年 11 月)。「Drosophila subobscura 雄における fruitless 標識回路の光遺伝学的活性化が交尾運動を誘導する」。The Journal of Neuroscience。37 ( 48 ): 11662–11674。doi :10.1523/ JNEUROSCI.1943-17.2017。PMC 6705751。PMID 29109241。
- ^ Stamatakis AM、Stuber GD (2012 年 11 月)。「報酬と依存の根底にある神経回路を解明するためのオプトジェネティクス戦略」。Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine。2 ( 11): a011924。doi : 10.1101/cshperspect.a011924。PMC 3543095。PMID 23043156。
- ^ Musso, Pierre-Yves; Junca, Pierre; Jelen, Meghan; Feldman-Kiss, Damian; Zhang, Han; Chan, Rachel CW; Gordon, Michael D (2019-07-19). Ramaswami, Mani; Dulac, Catherine (編). 「末梢神経または中枢神経のクローズドループ光遺伝学的活性化が自由に移動するショウジョウバエの摂食を調節する」. eLife . 8 : e45636. doi : 10.7554/eLife.45636 . ISSN 2050-084X. PMC 6668987 . PMID 31322499.
- ^ Feng, Kai; Sen, Rajyashree; Minegishi, Ryo; Dübbert, Michael; Bockemühl, Till; Büschges, Ansgar; Dickson, Barry J. (2020-12-02). 「ショウジョウバエの後方歩行のためのモーター回路の分散制御」. Nature Communications . 11 (1): 6166. Bibcode :2020NatCo..11.6166F. doi :10.1038 / s41467-020-19936-x. ISSN 2041-1723. PMC 7710706. PMID 33268800. S2CID 227255627.
- ^ abc Sahel JA、Boulanger-Scemama E、Pagot C、Arleo A、Galluppi F、Martel JN、et al. (2021年7月)。「オプトジェネティック療法後の盲目の患者の視覚機能の部分的回復」。Nature Medicine。27 ( 7 ):1223–1229。doi : 10.1038 /s41591-021-01351-4。PMID 34031601。
- ^ Lim, Diana; LeDue, Jeffrey; Mohajerani, Majid; Vanni, Matthieu; Murphy, Timothy (2013). 「機能的マウス脳マッピングのためのオプトジェネティックアプローチ」Frontiers in Neuroscience . 7:54 . doi : 10.3389/fnins.2013.00054 . ISSN 1662-453X. PMC 3622058. PMID 23596383 .
- ^ Lee, Candice; Lavoie, Andreanne; Liu, Jiashu; Chen, Simon X.; Liu, Bao-hua (2020). 「脳を照らす：マウス脳回路の細胞タイプ特異的解剖におけるオプトジェネティクスの応用」。Frontiers in Neural Circuits . 14 : 18. doi : 10.3389/fncir.2020.00018 . ISSN 1662-5110. PMC 7193678 . PMID 32390806.
- ^ Franconville, Romain; Beron, Celia; Jayaraman, Vivek (2018-08-20). VijayRaghavan, K; Scott, Kristin; Heinze, Stanley (編). 「ショウジョウバエ中心複合体の機能的コネクトームの構築」. eLife . 7 : e37017. doi : 10.7554/eLife.37017 . ISSN 2050-084X. PMC 6150698 . PMID 30124430.
- ^ Chen, Chenghao; Agrawal, Sweta; Mark, Brandon; Mamiya, Akira; Sustar, Anne; Phelps, Jasper S.; Lee, Wei-Chung Allen; Dickson, Barry J.; Card, Gwyneth M.; Tuthill, John C. (2021-12-06). 「ショウジョウバエの脚固有受容感覚神経回路の機能的アーキテクチャ」. Current Biology . 31 (23): 5163–5175.e7. Bibcode :2021CBio...31E5163C. doi :10.1016/j.cub.2021.09.035. ISSN 0960-9822. PMC 8665017 . PMID 34637749.
- ^ オプトジェネティクス入門：Pastrana E（2010）。「オプトジェネティクス：光による細胞機能の制御」。Nature Methods。8（1 ） ： 24–25。doi ：10.1038/nmeth.f.323。S2CID 5808517。
編集者コメント：「2010年のメソッド」。ネイチャーメソッド。8 ( 1 ): 1. 2010. doi : 10.1038/nmeth.f.321。
解説: Deisseroth K (2011 年 1 月)。「オプトジェネティクス」。Nature Methods . 8 (1): 26–29. doi :10.1038/nmeth.f.324. PMC 6814250. PMID 21191368 . - ^ニュース スタッフ(2010 年 12 月)。「10 年の洞察。木から離れて森を見てみよう。序論」。サイエンス。330 (6011): 1612–1613。Bibcode : 2010Sci ...330.1612.. doi : 10.1126/science.330.6011.1612。PMID 21163985。S2CID 206593135 。
- ^ 「2010年のメソッド：オプトジェネティクス」Nature Video 2010年12月17日。
- ^ ab Deisseroth K (2010 年 10 月 20 日). 「オプトジェネティクス: 光で脳を制御する」. Scientific American . Springer Nature America, Inc.
- ^ Crick F (1999年12月). 「分子生物学の神経科学への影響」.ロンドン王立協会哲学論文集. シリーズB, 生物科学. 354 (1392): 2021–2025. doi :10.1098/rstb.1999.0541. PMC 1692710. PMID 10670022 .
- ^ Hoffmann A, Hildebrandt V, Heberle J, Büldt G (1994 年 9 月). 「光活性ミトコンドリア: 光駆動型プロトンポンプの Schizosaccharomyces pombe のミトコンドリア内膜への生体内転送」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 91 (20): 9367–9371. Bibcode :1994PNAS...91.9367H. doi : 10.1073/pnas.91.20.9367 . PMC 44813. PMID 7937771 .
- ^ Zemelman BV, Lee GA, Ng M, Miesenböck G (2002年1月). 「遺伝子修飾ニューロンの選択的光刺激」. 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 (2003 年 2 月)。「異種イオンチャネルの光化学的ゲーティング: 遺伝子指定されたニューロン集団のリモート制御」。米国 科学アカデミー紀要。100 ( 3): 1352–1357。Bibcode :2003PNAS..100.1352Z。doi : 10.1073 / pnas.242738899。PMC 298776。PMID 12540832。
- ^ Banghart M、Borges K、Isacoff E、 Trauner D 、 Kramer RH（2004年12月）。「神経発火の遠隔制御のための光活性化イオンチャネル」。Nature Neuroscience。7（12）：1381–1386。doi ：10.1038/nn1356。PMC 1447674。PMID 15558062。
- ^ Volgraf M、Gorostiza P、Numano R、Kramer RH、Isacoff EY、Trauner D (2006 年 1 月)。「光スイッチによるイオンチャネル型グルタミン酸受容体のアロステリック制御」。Nature Chemical Biology。2 ( 1 ) : 47–52。doi :10.1038/nchembio756。PMC 1447676。PMID 16408092。
- ^ Arenkiel BR、Klein ME、Davison IG、Katz LC、Ehlers MD (2008 年 4 月)。「TRPV1 を条件付きで発現するマウスにおける神経活動の遺伝的制御」。Nature Methods。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、他 (2012 年 3 月)。「カプサイシン受容体の選択的発現によるマウスの特定ニューロンの一時的な活性化」。Nature Communications。3 : 746。Bibcode : 2012NatCo ...3..746G。doi : 10.1038 / ncomms1749。PMC 3592340。PMID 22434189 。
- ^ Wang M、Perova Z、Arenkiel BR 、 Li B (2014 年 5 月)。「ストレスに対する感受性と回復力における内側前頭前皮質のシナプス修飾」。The Journal of Neuroscience。34 ( 22): 7485–7492。doi : 10.1523 /JNEUROSCI.5294-13.2014。PMC 4035514。PMID 24872553。
- ^ abc Nagel G, Szellas T, Huhn W, Kateriya S, Adeishvili N, Berthold P, et al. (2003年11月). 「チャネルロドプシン-2、直接光ゲート型陽イオン選択膜チャネル」。米国科学アカデミー 紀要。100 ( 24): 13940–13945。Bibcode :2003PNAS..10013940N。doi : 10.1073 / pnas.1936192100。PMC 283525。PMID 14615590。
- ^ Harz H, Hegemann P (1991-06-06). 「クラミドモナスにおけるロドプシン制御カルシウム電流」Nature . 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 (2002 年 6 月)。 「チャネルロドプシン-1: 緑藻の光依存性プロトンチャネル」。科学。296 (5577): 2395–2398。Bibcode :2002Sci...296.2395N。土井：10.1126/science.1072068。PMID 12089443。S2CID 206506942 。
- ^ Deisseroth K (2015年9月). 「オプトジェネティクス：神経科学における微生物オプシンの10年」. Nature Neuroscience . 18 (9): 1213–1225. doi :10.1038/nn.4091. PMC 4790845. PMID 26308982 .
- ^ Boyden ES、 Zhang F、Bamberg E、Nagel G 、 Deisseroth K (2005 年 9 月)。「ミリ秒単位の遺伝子標的神経活動の光制御」。Nature Neuroscience。8 ( 9 ): 1263–1268。doi :10.1038/nn1525。PMID 16116447。S2CID 6809511 。
- ^ 「彼は、ここ数十年で最大の神経科学のブレークスルーを発明した正当な人物かもしれない。しかし、あなたは彼のことを聞いたことがない」。STAT 。 2016年9月1日。2020年2月9日閲覧。
- ^ Deisseroth, Karl (2015年8月26日). 「オプトジェネティクス：神経科学における微生物オプシンの10年」. Nature Neuroscience . 18 (9): 1213–1225. doi :10.1038/nn.4091. PMC 4790845. PMID 26308982 .
- ^ Bi A、Cui J、Ma YP、Olshevskaya E、Pu M、Dizhoor AM、Pan ZH (2006 年 4 月)。「微生物型ロドプシンの異所的発現により、光受容体変性マウスの視覚反応が回復する」。 ニューロン。50 ( 1 ): 23–33。doi :10.1016/ j.neuron.2006.02.026。PMC 1459045。PMID 16600853。
- ^ Lima SQ、Miesenböck G (2005年4月)。「ニューロンの遺伝子標的光刺激による行動の遠隔制御」。Cell . 121 ( 1): 141–152. doi : 10.1016/j.cell.2005.02.004 . PMID 15820685. S2CID 14608546.
- ^ ab Li X, Gutierrez DV, Hanson MG, Han J, Mark MD, Chiel H, et al. (2005年12月). 「脊椎動物ロドプシンと緑藻類チャネルロドプシンによる神経およびネットワーク活動の高速非侵襲的活性化と阻害」。米国科学 アカデミー紀要。102 (49): 17816–17821。Bibcode : 2005PNAS..10217816L。doi : 10.1073 / pnas.0509030102。PMC 1292990。PMID 16306259。
- ^ Nagel G、Brauner M、Liewald JF、Adeishvili N、Bamberg E、Gottschalk A (2005 年 12 月)。「Caenorhabditis elegans の興奮性細胞におけるチャネルロドプシン 2 の光活性化が急速な行動反応を引き起こす」。Current Biology。15 ( 24 ): 2279–2284。Bibcode : 2005CBio ... 15.2279N。doi : 10.1016 / j.cub.2005.11.032。PMID 16360690。S2CID 7036529 。
- ^ Tsien JZ、Chen DF、Gerber D、Tom C 、 Mercer EH、Anderson DJ 、他 (1996 年 12 月)。「マウス脳におけるサブ領域および細胞型限定遺伝子ノックアウト」。Cell。87 ( 7 ) : 1317–1326。doi : 10.1016 /S0092-8674(00)81826-7。PMID 8980237。S2CID 863399。
- ^ Tsien JZ (2016). 「Cre-Lox 神経遺伝学: 脳研究における 20 年間の多用途な応用とカウント...」Frontiers in Genetics . 7 : 19. doi : 10.3389/fgene.2016.00019 . PMC 4759636 . PMID 26925095.
- ^ Han X、Boyden ES (2007 年 3 月)。「単一スパイクの時間分解能による神経活動の多色光活性化、サイレンシング、および非同期化」。PLOS ONE。2 ( 3 ) 。Public Library of Science: e299。Bibcode : 2007PLoSO ...2..299H。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. (2007 年 4 月). 「神経回路のマルチモーダル高速光学的調査」. Nature . 446 (7136): 633–639. Bibcode :2007Natur.446..633Z. doi :10.1038/nature05744. PMID 17410168. S2CID 4415339.
- ^ Schröder-Lang S、Schwärzel M、 Seifert R、Strünker T、Kateriya S、Looser J、et al. (2007 年 1 月)。「生体内での光による細胞 cAMP レベルの高速操作」。Nature Methods。4 ( 1 ) : 39–42。doi :10.1038/nmeth975。PMID 17128267。S2CID 10616442 。
- ^ Gao S、Nagpal J、Schneider MW、Kozjak-Pavlovic V、Nagel G、Gottschalk A (2015 年 9 月)。「厳密に光制御されたグアニリルシクラーゼオプシン CyclOp による細胞および動物における cGMP の光遺伝学的操作」。Nature Communications。6 ( 1 ) : 8046。Bibcode : 2015NatCo ...6.8046G。doi : 10.1038/ ncomms9046。PMC 4569695。PMID 26345128。
- ^ abc Baratta MV、Nakamura S、Dobelis P、 Pomrenze MB 、Dolzani SD、Cooper DC (2012 年 4 月 2 日)。「前頭皮質における遺伝子標的錐体ニューロン活動の光遺伝学的制御」( PDF)。Nature Precedings。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 (編)。「C. elegansの神経回路網を機能的に解析するための神経抑制剤としての微生物の光活性化プロトンポンプ」。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（2011年3月）。Goodman MB（編）。「コリン作動性調節回路はCaenorhabditis elegansの雄交尾中の感覚運動行動の維持と双安定状態を調整する」。PLOS Genetics。7 （3 ）： e1001326。doi ：10.1371 / journal.pgen.1001326。PMC 3053324。PMID 21423722。
- ^ Deisseroth K.「オプトジェネティクス：光で脳を制御する[拡張版]」。サイエンティフィック・アメリカン。 2016年11月28日閲覧。
- ^ Beck S, Yu-Strzelczyk J, Pauls D, Constantin OM, Gee CE, Ehmann N, et al. (2018). 「オプトジェネティック活性化および抑制のための合成光活性化イオンチャネル」. 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 (2018年11月)。「興奮性細胞のサイレンシングのためのカリウムチャネルベースの2成分オプトジェネティックツール」。Biophysical Journal。114 ( 3 ) : 668a。Bibcode : 2018BpJ...114..668A。doi : 10.1016/j.bpj.2017.11.3607。hdl : 21.11116 / 0000-0003-4AEF-E。
- ^ Zhao S, Cunha C, Zhang F, Liu Q, Gloss B, Deisseroth K, et al. (2008年8月). 「光誘導性ニューロン活動サイレンシングのためのハロロドプシン発現の改善」.脳細胞生物学. 36 (1–4): 141–154. doi :10.1007/s11068-008-9034-7. PMC 3057022. PMID 18931914 .
- ^ ab Gradinaru V、Thompson KR、Deisseroth K (2008 年 8 月)。「eNpHR: オプトジェネティクス用途向けに強化された Natronomonas ハロロドプシン」。Brain Cell Biology。36 ( 1–4): 129–139。doi : 10.1007 /s11068-008-9027-6。PMC 2588488。PMID 18677566。
- ^ abc Witten IB、Lin SC、Brodsky M、Prakash R 、Diester I 、Anikeeva P、他 (2010 年 12 月)。「コリン作動性介在ニューロンが局所回路活動とコカイン条件付けを制御する」。Science。330 ( 6011 ) : 1677–1681。Bibcode :2010Sci...330.1677W。doi : 10.1126 /science.11 93771。PMC 3142356。PMID 21164015。
- ^ Kim JM、Hwa J、Garriga P、Reeves PJ、RajBhandary UL、Khorana HG (2005 年 2 月)。「β 2 アドレナリン受容体細胞質ループを含むキメラ ロドプシンによる β 2 アドレナリン受容体シグナル伝達の光駆動活性化」。生化学。44 ( 7 ): 2284–2292。doi :10.1021/bi048328i。PMID 15709741 。
- ^ Airan RD、Thompson KR、Fenno LE、Bernstein H、Deisseroth K (2009 年 4 月)。「細胞内シグナル伝達の生体内での時間的に正確な制御」。Nature . 458 ( 7241 ) : 1025–1029。Bibcode :2009Natur.458.1025A。doi :10.1038/nature07926。PMID 19295515。S2CID 4401796 。
- ^ Levskaya A, Weiner OD, Lim WA, Voigt CA (2009 年 10 月). 「光スイッチ可能なタンパク質相互作用を用いた細胞シグナル伝達の時空間制御」. Nature . 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 (2009 年 9 月)。「遺伝子組み換えの光活性化 Rac が生細胞の運動性を制御する」。Nature . 461 ( 7260 ) : 104–108。Bibcode : 2009Natur.461..104W。doi :10.1038/nature08241。PMC 2766670。PMID 19693014。
- ^ Yazawa M, Sadaghiani AM, Hsueh B, Dolmetsch RE (2009年10月). 「光を用いた生細胞におけるタンパク質間相互作用の誘導」. Nature Biotechnology . 27 (10): 941–945. doi :10.1038/nbt.1569. PMID 19801976. S2CID 205274357.
- ^ Stierl M, Stumpf P, Udwari D, Gueta R, Hagedorn R, Losi A, et al. (2011年1月). 「土壌細菌Beggiatoaの小さな細菌性光活性化アデニル酸シクラーゼbPACによる細胞内cAMPの光変調」. The Journal of Biological Chemistry . 286 (2): 1181–1188. doi : 10.1074/jbc.M110.185496 . PMC 3020725. PMID 21030594 .
- ^ Ryu MH、Moskvin OV、Siltberg-Liberles J、Gomelsky M (2010 年12 月)。「オプトジェネティクス用途向けの天然および人工の光活性化ヌクレオチジルシクラーゼ」。The Journal of Biological Chemistry。285 ( 53): 41501–41508。doi : 10.1074 / jbc.M110.177600。PMC 3009876。PMID 21030591。
- ^ Lerner TN 、 Ye L、Deisseroth K (2016 年 3 月)。「神経回路におけるコミュニケーション: ツール、機会、課題」。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 (2007 年 9 月)。「光神経インターフェース: 光ファイバーと光遺伝学技術を統合したげっ歯類の運動皮質の生体内制御」。Journal of Neural Engineering。4 ( 3 ): S143–S156。Bibcode :2007JNEng...4S.143A。doi : 10.1088/1741-2560/4/3/S02。PMID 17873414。S2CID 1488394 。
- ^ Adamantidis AR、Zhang F、Aravanis AM、Deisseroth K、de Lecea L (2007 年 11 月)。 「ヒポクレチンニューロンの光遺伝学的制御による覚醒の神経基質の調査」。Nature。450 ( 7168 ): 420–424。Bibcode :2007Natur.450..420A。doi : 10.1038/nature06310。PMC 6744371。PMID 17943086。
- ^ ab Gradinaru V、Thompson KR、Zhang F、Mogri M、Kay K、Schneider MB、Deisseroth K (2007 年 12 月)。「in vitro および in vivo での高速光神経制御のための標的化および読み出し戦略」。The Journal of Neuroscience。27 ( 52): 14231–14238。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. (2013年11月). 「透明ナノ結晶イットリア安定化ジルコニア頭蓋冠プロテーゼ」. Nanomedicine . 9 (8): 1135–1138. doi :10.1016/j.nano.2013.08.002. PMID 23969102. S2CID 14212180. • Mohan G による解説(2013 年 9 月 4 日)。「脳への窓? それはここにある、とカリフォルニア大学リバーサイド校のチームが発表」ロサンゼルス タイムズ。
- ^ ab Legaria AA、Matikainen-Ankney BA、Yang B、Ahanonu B、Licholai JA、Parker JG、Kravitz AV (2022年8月30日)。「線条体の繊維光度測定は主にカルシウムの非体細胞変化を反映する」。Nature Neuroscience。25 ( 9 ) : 1124–1128。doi :10.1038/s41593-022-01152- z。PMC 10152879。PMID 36042311。
- ^ Wentz CT、Bernstein JG、Monahan P、Guerra A、Rodriguez A、Boyden ES (2011 年 8 月)。「自由に行動する動物の光神経制御のためのワイヤレス給電・制御デバイス」。Journal of Neural Engineering。8 ( 4 ) : 046021。Bibcode : 2011JNEng...8d6021W。doi :10.1088/1741-2560/8/4/046021。PMC 3151576。PMID 21701058。
- ^ Pama EA、Colzato LS、Hommel B (2013-01-01)。「認知神経科学における神経 調節ツールとしての光遺伝学」。Frontiers in Psychology。4 : 610。doi : 10.3389 / fpsyg.2013.00610。PMC 3764402。PMID 24046763。
- ^ Vierock, Johannes; Rodriguez-Rozada, Silvia; Dieter, Alexander; Pieper, Florian; Sims, Ruth; Tenedini, Federico; Bergs, Amelie CF; Bendifallah, Imane; Zhou, Fangmin; Zeitzschel, Nadja; Ahlbeck, Joachim (2021-07-26). 「BiPOLESは、ニューロンの双方向デュアルカラー制御用に開発されたオプトジェネティクスツールです」。Nature Communications . 12 (1): 4527. Bibcode :2021NatCo..12.4527V. doi :10.1038/s41467-021-24759-5. ISSN 2041-1723. PMC 8313717. PMID 34312384 .
- ^ Zhang F, Gradinaru V, Adamantidis AR, Durand R, Airan RD, de Lecea L, Deisseroth K (2010 年 3 月). 「神経回路の光遺伝学的調査: 哺乳類の脳構造を調査する技術」. Nature Protocols . 5 (3): 439–456. doi :10.1038/nprot.2009.226. PMC 4503465. PMID 20203662 .
- ^ Zeng H、Madisen L (2012-09-05)。「オプトジェネティクスにおけるマウストランスジェニックアプローチ」。オプトジェネティクス：ニューロン活動を制御および監視するためのツール。Progress in Brain Research。Vol. 196。pp. 193–213。doi :10.1016/ B978-0-444-59426-6.00010-0。ISBN 9780444594266. PMC 3433654 . PMID 22341327.
- ^ Warden MR 、 Cardin JA、Deisseroth K (2014 年 7 月)。「光神経インターフェース」。Annual Review of Biomedical Engineering。16 : 103–129。doi : 10.1146 /annurev- bioeng -071813-104733。PMC 4163158。PMID 25014785。
- ^ Guru A、 Post RJ、Ho YY、Warden MR（2015年7月） 。「オプトジェネティクスを理解する」。国際神経精神薬理学ジャーナル。18 （11）：pyv079。doi ：10.1093/ ijnp /pyv079。PMC 4756725。PMID 26209858。
- ^ 「自由に行動するイメージングとオプトジェネティクス技術の進化」。OASISインプラント。Mightex 。 2021年6月3日閲覧。
- ^ Cui G、Jun SB、Jin X、Luo G、Pham MD、Lovinger DM、他 (2016 年 4 月)。「行動中のマウスにおける細胞タイプ特異的神経活動の深部脳光学測定」。Nature Protocols。9 ( 6 ) : 1213–1228。doi : 10.1038/nmeth.3770。PMC 4100551。PMID 24784819。
- ^ Cui G、Jun SB、Jin X、Luo G、Pham MD、Lovinger DM、他 (2014 年 6 月)。「行動中のマウスにおける細胞タイプ特異的神経活動の深部脳光学測定」。Nature Protocols。9 ( 6 ) : 1213–1228。doi :10.1038/ nprot.2014.080。PMC 4100551。PMID 24784819。
- ^ abcd Zalocusky KA、Fenno LE、Deisseroth K (2013)。「オプトジェネティクスにおける現在の課題」。神経科学協会。
- ^ Heitmann S, Rule M, Truccolo W, Ermentrout B (2017年1月). 「光遺伝学的刺激は大脳皮質の興奮性をタイプIからタイプIIにシフトさせる: 振動開始と波の伝播」. PLOS Computational Biology . 13 (1): e1005349. Bibcode :2017PLSCB..13E5349H. doi : 10.1371/journal.pcbi.1005349 . PMC 5295702. PMID 28118355 .
- ^ Zhang, Yan-Ping; Oertner, Thomas G (2007). 「光感受性チャネルを用いたシナプス可塑性の光学的誘導」. Nature Methods . 4 (2): 139–141. doi :10.1038/nmeth988. ISSN 1548-7091. PMID 17195846. S2CID 17721823.
- ^ Leergaard TB、Hilgetag CC 、Sporns O (2012-05-01)。「コネクトームのマッピング：脳の接続性のマルチレベル分析」。Frontiers in Neuroinformatics。6：14。doi ：10.3389/ fninf.2012.00014。PMC 3340894。PMID 22557964。
- ^ ab Luboeinski J 、 Tchumatchenko T (2020年9月)。 「光遺伝学的励起を受けるニューラルネットワークと単一ニューロンの非線形応答特性」。 ネットワーク神経科学。4 (3): 852–870。doi : 10.1162 / netn_a_00154。PMC 7888483。PMID 33615093。
- ^ 「PyRhO: 仮想オプトジェネティクス研究室」。GitHub。
- ^ 「光感受性チャネルを備えたニューラルネットワークおよび単一ニューロンのシミュレーションツール」。GitHub。
- ^ Azees, Ajmal (2023年12月). 「マウス蝸牛におけるマルチチャネル光遺伝学的刺激による活性化の広がりとチャネル間の相互作用」. Hearing Research . 440. doi : 10.1016 /j.heares.2023.108911 . PMID 37977051.
- ^ Kravitz AV、Freeze BS、Parker PR、Kay K、Thwin MT、Deisseroth K、Kreitzer AC (2010 年 7 月)。「基底核回路の光遺伝学的制御によるパーキンソン病の運動行動の調節」。Nature。466 ( 7306 ) : 622–626。Bibcode : 2010Natur.466..622K。doi : 10.1038 /nature09159。PMC 3552484。PMID 20613723。
- ^ Gradinaru V、Mogri M、Thompson KR、Henderson JM、Deisseroth K (2009 年 4 月)。「パーキンソン病神経回路の光学的分解」。Science。324 ( 5925 ) : 354–359。Bibcode : 2009Sci ...324..354G。CiteSeerX 10.1.1.368.668。doi : 10.1126 /science.11 67093。PMC 6744370。PMID 19299587。
- ^ Cardin JA、Carlén M、Meletis K、Knoblich U、Zhang F、Deisseroth K、他 (2009 年 6 月)。「高速スパイク細胞の駆動はガンマリズムを誘発し、感覚反応を制御する」。Nature。459 ( 7247 ) : 663–667。Bibcode : 2009Natur.459..663C。doi : 10.1038 /nature08002。PMC 3655711。PMID 19396156。
- ^ Sohal VS、 Zhang F 、Yizhar O、Deisseroth K (2009 年 6 月)。「パルブアルブミンニューロンとガンマリズムが皮質回路のパフォーマンスを向上させる」。Nature。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 (2009 年 5 月)。「ドーパミン作動性ニューロンの位相発火は行動条件付けに十分である」。Science。324 ( 5930 ) : 1080–1084。Bibcode : 2009Sci ...324.1080T。doi : 10.1126/science.11 68878。PMC 5262197。PMID 19389999。
- ^ Zimmer C (2021年5月24日). 「科学者が新たな遺伝子治療で盲人の視力を部分的に回復」ニューヨークタイムズ. 2021年5月25日閲覧。
- ^ Haubensak W, Kunwar PS, Cai H, Ciocchi S, Wall NR, Ponnusamy R, et al. (2010 年 11 月). 「条件付けされた恐怖を制御する扁桃体微小回路の遺伝学的解剖」. Nature . 468 (7321): 270–276. 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 (2010 年 7 月)。「側方扁桃体錐体細胞の光活性化が連合恐怖学習を指示する」。米国科学アカデミー 紀要。107 ( 28): 12692–12697。Bibcode :2010PNAS..10712692J。doi : 10.1073 / pnas.1002418107。PMC 2906568。PMID 20615999。
- ^ Jasnow AM、Ehrlich DE、Choi DC、Dabrowska J、Bowers ME、McCullough KM、他 (2013 年 6 月)。「扁桃体基底外側部の Thy1 発現ニューロンが恐怖抑制を媒介する可能性がある」。The Journal of Neuroscience。33 ( 25 ): 10396–10404。doi : 10.1523 /JNEUROSCI.5539-12.2013。PMC 3685835。PMID 23785152 。
- ^ Dias BG、Banerjee SB、Goodman JV、Ressler KJ（2013年6月）。「恐怖と不安の障害に対する新たなアプローチに向けて」。Current Opinion in Neurobiology。23 （ 3 ）：346–352。doi ：10.1016/ j.conb.2013.01.013。PMC 3672317。PMID 23402950。
- ^ Karalis N、Dejean C、Chaudun F、Khoder S、Rozeske RR、Wurtz H、他。 （2016年4月）。 「4 Hz の振動は、恐怖行動中に前頭前部扁桃体回路を同期させます。」自然神経科学。19 (4): 605–612。土井：10.1038/nn.4251。PMC 4843971。PMID 26878674。
- ^ Shusterman R 、 Smear MC、Koulakov AA、Rinberg D (2011 年 7 月)。「正確な嗅覚反応が嗅覚サイクルをタイル状にする」。Nature Neuroscience。14 ( 8): 1039–1044。doi :10.1038/nn.2877。PMID 21765422。S2CID 5194595。
- ^ Smith RS、Hu R、DeSouza A、Eberly CL、Krahe K 、 Chan W、Araneda RC (2015 年 7月)。 「嗅球におけるムスカリンの異なる調節」。The Journal of Neuroscience。35 ( 30): 10773–10785。doi : 10.1523 /JNEUROSCI.0099-15.2015。PMC 4518052。PMID 26224860。
- ^ Patterson MA、Lagier S 、 Carleton A (2013 年 8 月)。「嗅球における匂いの表現は最初の呼吸後に進化し、匂いの残像として持続する」。 米国科学アカデミー紀要。110 (35): E3340–E3349。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. (2010年5月). 「側坐核における中脳辺縁系ドーパミンニューロンによるグルタミン酸シグナル伝達」. The Journal of Neuroscience . 30 (20): 7105–7110. 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 (2019年3月)。「新皮質てんかんの光遺伝学的キンドリングモデル」。Scientific Reports。9 ( 1 ) : 5236。Bibcode : 2019NatSR...9.5236C。doi :10.1038/ s41598-019-41533-2。PMC 6437216。PMID 30918286。
- ^ ab Ryu B, Nagappan S, Santos-Valencia F, Lee P, Rodriguez E, Lackie M, et al. (2021年4月). 「毎日の短い光遺伝学的刺激後の梨状皮質における抑制の慢性的消失」. Cell Reports . 35 (3): 109001. doi : 10.1016/j.celrep.2021.109001 . PMC 8102022. PMID 33882304.
- ^ Bingen BO、Engels MC、Schalij MJ、Jangsangthong W、Neshati Z、Feola I、他 (2014 年 10 月)。「心房心筋細胞の光遺伝学的エンジニアリングによる光誘導によるスパイラル波不整脈の停止」。Cardiovascular Research。104 ( 1 ) : 194–205。doi : 10.1093/cvr/cvu179。PMID 25082848。
- ^ Nussinovitch U、 Gepstein L（2015年7月）。「生体内心臓ペーシングおよび再同期療法のためのオプトジェネティクス」。Nature Biotechnology。33 （ 7 ）： 750–754。doi ：10.1038/nbt.3268。PMID 26098449。S2CID 1794556。
- ^ Nyns EC、Kip A、Bart CI、Plomp JJ 、 Zeppenfeld K、Schalij MJ、他 (2017 年 7 月)。「全心臓における心室性不整脈の光遺伝学的停止: 生物学的心拍リズム管理に向けて」。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、他 (2016 年 10 月)。「オプトジェネティック除細動はマウス心臓およびヒトシミュレーションにおける心室性不整脈を終結させる」。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、他 (2016 年 10 月)。「心臓除細動のためのメカニズムに基づく刺激パターンの光遺伝学設計」。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、他 (2014 年 3 月)。「聴覚経路の光遺伝学的刺激」。The Journal of Clinical Investigation。124 ( 3 ): 1114–1129。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. (2018年12月)。「標的最適化クロノスによる聴覚経路の超高速光遺伝学的刺激」。The EMBO Journal。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、他 (2018 年 5 月)。「超高速赤方偏移オプトジェネティクスによる高周波神経スパイクと聴覚シグナル伝達」。Nature Communications。9 ( 1 ) : 1750。Bibcode : 2018NatCo ... 9.1750M。doi :10.1038/s41467-018-04146-3。PMC 5931537。PMID 29717130。
- ^ 「光を聞くための長波長光駆動イオンチャネルの設計。Atlas of Science」 。 2019年11月7日閲覧。
- ^ Moser T (2015年10月). 「研究と将来の補綴物のための聴覚経路の光遺伝学的刺激」Current Opinion in Neurobiology . 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 (2013 年 10 月)。「ReaChR: チャネルロドプシンの赤方偏移変異体が深部経頭蓋光遺伝学的励起を可能にする」Nature Neuroscience . 16 (10): 1499–1508. doi :10.1038/nn.3502. PMC 3793847. PMID 23995068 .
- ^ Matthews GA、Nieh EH、Vander Weele CM、Halbert SA、Pradhan RV、Yosafat AS、他 (2016 年 2 月)。「背側縫線核ドーパミンニューロンは社会的孤立の経験を表す」。Cell . 164 ( 4): 617–631. 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、他 (2014 年 3 月)。「異なる神経集団の独立した光励起」。Nature Methods。11 ( 3 ) : 338–346。doi : 10.1038/nmeth.2836。PMC 3943671。PMID 24509633。
- ^ Berndt A、Yizhar O、Gunaydin LA、Hegemann P 、Deisseroth K (2009 年 2 月)。「双安定神経状態スイッチ」。Nature Neuroscience。12 ( 2): 229–234。doi :10.1038/nn.2247。PMID 19079251。S2CID 15125498 。
- ^ Govorunova EG、Sineshchekov OA、Janz R、Liu X、Spudich JL（2015年8月）。「神経科学。天然の光依存性アニオンチャネル：高度な光遺伝学のための微生物ロドプシンファミリー」。サイエンス。349 （6248）：647–650。doi ：10.1126/science.aaa7484。PMC 4764398。PMID 26113638。
- ^ Mauss AS、Busch C 、Borst A (2017年10月)。「視覚処理中のショウジョウバエの光遺伝学的ニューロンサイレンシング」。Scientific Reports。7 ( 1): 13823。Bibcode : 2017NatSR...713823M。doi : 10.1038/s41598-017-14076-7。PMC 5653863。PMID 29061981。
- ^ Portugues, Ruben; Severi, Kristen E; Wyart, Claire; Ahrens, Misha B (2013-02-01). 「透明な動物におけるオプトジェネティクス：ゼブラフィッシュ幼生の回路機能」Current Opinion in Neurobiology . Neurogenetics. 23 (1): 119–126. doi :10.1016/j.conb.2012.11.001. ISSN 0959-4388. PMID 23246238. S2CID 19906279.
- ^ Cande, Jessica; Namiki, Shigehiro; Qiu, Jirui; Korff, Wyatt; Card, Gwyneth M; Shaevitz, Joshua W; Stern, David L; Berman, Gordon J (2018-06-26). Scott, Kristin (ed.). 「Optogenetic dissection of declineing behavioral control in Drosophila」. eLife . 7 : e34275. doi : 10.7554/eLife.34275 . ISSN 2050-084X. PMC 6031430 . PMID 29943729.
- ^ DeAngelis, Brian D; Zavatone-Veth, Jacob A; Gonzalez-Suarez, Aneysis D; Clark, Damon A (2020-04-22). Calabrese, Ronald L (ed.). 「自由に歩くショウジョウバエにおける感覚ニューロンの時空間的に正確な光遺伝学的活性化」. eLife . 9 : e54183. doi : 10.7554/eLife.54183 . ISSN 2050-084X. PMC 7198233 . PMID 32319425.
- ^ Bidaye, Salil S.; Laturney, Meghan; Chang, Amy K.; Liu, Yuejiang; Bockemühl, Till; Büschges, Ansgar; Scott, Kristin (2020-11-11). 「ショウジョウバエにおいて2つの脳経路が明確な前進歩行プログラムを開始する」。Neuron . 108 (3): 469–485.e8. doi :10.1016/j.neuron.2020.07.032. ISSN 0896-6273. PMC 9435592 . PMID 32822613. S2CID 221198570.
- ^ Heiney, Shane A.; Kim, Jinsook; Augustine, George J.; Medina, Javier F. (2014-02-05). 「プルキンエ細胞活動の光遺伝学的抑制による運動運動学の精密制御」Journal of Neuroscience . 34 (6): 2321–2330. doi :10.1523/JNEUROSCI.4547-13.2014. ISSN 0270-6474. PMC 3913874 . PMID 24501371.
- ^ Solari N、Sviatkó K、Laszlovszky T、Hegedüs P、Hangya B (2018 年 5 月)。「電気生理学および光遺伝学的操作に 適した、時間的に制御されたげっ歯類の行動のためのオープンソースツール」。システム神経科学のフロンティア。12 : 18。doi : 10.3389 / fnsys.2018.00018。PMC 5962774。PMID 29867383。
- ^ Lin JY (2011年1月). 「チャネルロドプシンバリアントのユーザーガイド：特徴、限界、将来の開発」.実験生理学. 96 (1): 19–25. doi :10.1113/expphysiol.2009.051961. PMC 2995811. PMID 20621963 .
- ^ Grosenick, Logan; Marshel, James H.; Deisseroth, Karl (2015-04-08). 「閉ループおよび活動誘導型オプトジェネティック制御」. Neuron . 86 (1): 106–139. doi :10.1016/j.neuron.2015.03.034. ISSN 0896-6273. PMC 4775736. PMID 25856490 .
- ^ アームストロング、カレン; クルック・マグナソン、エスター; オイジャラ、ミッコ; ソルテス、イヴァン (2013)。「マウスにおけるクローズドループ光遺伝学的介入」。ネイチャー プロトコル。8 ( 8 ): 1475–1493。doi :10.1038 / nprot.2013.080。ISSN 1750-2799。PMC 3988315。PMID 23845961。
- ^ Kovács KA、O'Neill J、Schoenenberger P、Penttonen M、Ranguel Guerrero DK、Csicsvari J (2016年11月19日)。「睡眠中の鋭波リプルイベントをオプトジェネティックにブロックしても、海馬CA1領域の安定した空間表現の形成には影響しない」。PLOS ONE。11 ( 10 ) : e0164675。Bibcode : 2016PLoSO..1164675K。doi : 10.1371 / journal.pone.0164675。PMC 5070819。PMID 27760158。
- ^ ab Valon L、Marín-Llauradó A、Wyatt T、Charras G、Trepat X (2017 年 2 月)。 「細胞力と機械的伝達の光遺伝学的制御」。ネイチャーコミュニケーションズ。8 : 14396。ビブコード:2017NatCo...814396V。土井：10.1038/ncomms14396。PMC 5309899。PMID 28186127。
- ^ abcde Khamo JS、Krishnamurthy VV、Sharum SR、Mondal P、Zhang K (2017 年 10 月)。 「無傷細胞および多細胞生物における光生物学の応用」。分子生物学ジャーナル。429 (20): 2999–3017。土井：10.1016/j.jmb.2017.08.015。PMID 28882542。
- ^ Fenno L、Yizhar O、 Deisseroth K (2011) 。「オプトジェネティクスの開発と応用」。Annual Review of Neuroscience。34 : 389–412。doi : 10.1146 /annurev-neuro-061010-113817。PMC 6699620。PMID 21692661 。
- ^ 「2010年のメソッド：オプトジェネティクス」Nature Video 2010年12月17日。
- ^ 「optogenetics - 検索結果」。PubMed 。 2020年2月29日閲覧。
- ^ Wittmann T 、 Dema A、van Haren J（2020年10月）。「光、細胞骨格、作用：細胞ダイナミクスの光遺伝学的制御」 。Current Opinion in Cell Biology。66。Elsevier Ltd.：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. (2013年8月). 「哺乳類の内因性転写とエピジェネティック状態の光学的制御」. Nature . 500 (7463): 472–476. Bibcode :2013Natur.500..472K. doi :10.1038/nature12466. PMC 3856241. PMID 23877069 .
- ^ Leung DW、Otomo C、Chory J、Rosen MK (2008 年 9 月)。「Cdc42-WASP-Arp2/3 複合体経路を介したアクチンアセンブリの遺伝的にコード化された光スイッチング」。 米国科学アカデミー紀要。105 ( 35): 12797–12802。Bibcode :2008PNAS..10512797L。doi : 10.1073 / pnas.0801232105。PMC 2525560。PMID 18728185。
- ^ Toettcher JE、Gong D 、 Lim WA 、 Weiner OD （2011年9月）。「細胞内シグナル伝達ダイナミクス を制御するための光ベースのフィードバック」。Nature Methods。8 （ 10）：837–839。doi ：10.1038/nmeth.1700。PMC 3184382。PMID 21909100。
- ^ Strickland D, Lin Y, Wagner E, Hope CM, Zayner J, Antoniou C, et al. (2012年3月). 「TULIP: 細胞生物学のための調整可能な光制御相互作用タンパク質タグ」. Nature Methods . 9 (4): 379–384. doi :10.1038/nmeth.1904. PMC 3444151. PMID 22388287 .
- ^ Idevall-Hagren O, Dickson EJ, Hille B, Toomre DK, De Camilli P (2012年8月). 「ホスホイノシチド代謝の光遺伝学的制御」.米国科学アカデミー紀要. 109 (35): E2316–E2323. Bibcode :2012PNAS..109E2316I. doi : 10.1073/pnas.1211305109 . PMC 3435206. PMID 22847441 .
- ^ Bugaj LJ、 Choksi AT、Mesuda CK、Kane RS、Schaffer DV（2013年3月）。「哺乳類細胞におけるオプトジェネティックタンパク質クラスタリングとシグナル伝達活性化」。Nature Methods。10 （3）： 249–252。doi ：10.1038/nmeth.2360。PMID 23377377。S2CID 8737019。
- ^ Lungu OI、 Hallett RA、Choi EJ、Aiken MJ、Hahn KM、Kuhlman B (2012 年 4 月)。「AsLOV2 ドメインを使用した光スイッチ可能なペプチドの設計」。化学と 生物学。19 (4): 507–517。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 (2009 年 9 月)。「遺伝子組み換えの光活性化 Rac が生細胞の運動性を制御する」。Nature . 461 ( 7260 ) : 104–108。Bibcode : 2009Natur.461..104W。doi :10.1038/nature08241。PMC 2766670。PMID 19693014。
- ^ Smart AD、Pache RA、Thomsen ND、Kortemme T、Davis GW、Wells JA（2017年9月）。「生体内でのニューロンの正確なアブレーションのための光活性化カスパーゼ3の設計」。米国科学アカデミー 紀要。114（ 39）：E8174 – E8183。Bibcode ：2017PNAS..114E8174S。doi ： 10.1073 /pnas.1705064114。PMC 5625904。PMID 28893998。
- ^ Dagliyan O, Tarnawski M, Chu PH, Shirvanyants D, Schlichting I, Dokholyan NV, Hahn KM (2016年12月). 「外因性障害を操作して生細胞内のタンパク質活性を制御する」. Science . 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 (2015年1月)。「シグナル伝達タンパク質の局在と活性を制御するための改良型光誘起二量体(iLID)の設計」。米国 科学アカデミー紀要。112 (1):112–117。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. (2016年9月). 「LOVTRAP: 光誘起タンパク質解離のためのオプトジェネティックシステム」. Nature Methods . 13 (9): 755–758. doi :10.1038/nmeth.3926. PMC 5137947. PMID 27427858 .
- ^ van Haren J、Charafeddine RA、Ettinger A、Wang H、Hahn KM、Wittmann T（2018年3月）。「EB1光解離による細胞内微小管ダイナミクスの局所制御」。Nature Cell Biology。20 （3 ）。Nature Research。：252–261。doi：10.1038/s41556-017-0028-5。PMC 5826794。PMID 29379139。
- ^ ab Zhou XX、Chung HK、Lam AJ、Lin MZ (2012年11月)。「蛍光タンパク質ドメインによるタンパク質活性の光学的制御」。Science。338 ( 6108 ): 810–814。Bibcode : 2012Sci ... 338..810Z。doi :10.1126/ science.1226854。PMC 3702057。PMID 23139335 。
- ^ Tischer D, Weiner OD (2014年8月). 「オプトジェネティックツールによる細胞シグナル伝達の解明」. Nature Reviews. 分子細胞生物学. 15 (8): 551–558. doi :10.1038/nrm3837. PMC 4145075. PMID 25027655 .
- ^ Purvis JE、Lahav G (2013年2月)。「シグナル伝達ダイナミクスによる細胞情報のエンコードとデコード」。Cell . 152 (5): 945–956. doi :10.1016/j.cell.2013.02.005. PMC 3707615. PMID 23452846 .
- ^ Santos SD、Verveer PJ、 Bastiaens PI (2007 年 3 月)。「成長因子誘導 MAPK ネットワーク トポロジーが Erk 応答を形作り、PC-12 細胞の運命を決定する」。Nature Cell Biology。9 ( 3 ): 324–330。doi :10.1038/ncb1543。PMID 17310240。S2CID 31709706 。
- ^ Toettcher JE 、Weiner OD、 Lim WA（2013年12月）。「オプトジェネティクスを用いたRas/Erkモジュールによるシグナル伝達の動的制御の調査」。Cell。155 （ 6）：1422–1434。doi ：10.1016 /j.cell.2013.11.004。PMC 3925772。PMID 24315106。
- ^ Huidobro N、Mendez-Fernandez A、Mendez-Balbuena I、Gutierrez R、Kristeva R、Manjarrez E (2017)。「脳に対するブラウン光遺伝学的ノイズ光刺激は体性感覚誘発電場電位を増幅する」。Frontiers in Neuroscience。11 : 464。doi : 10.3389 / fnins.2017.00464。PMC 5583167。PMID 28912671。
- ^ Huidobro N、De la Torre-Valdovinos B、Mendez A、Treviño M、Arias-Carrion O、Chavez F、他 (2018 年 1 月)。「脳に対する光遺伝学的ノイズ光刺激は体性感覚スパイク発火反応を増加させる」。Neuroscience Letters。664 : 51–57。doi : 10.1016 / j.neulet.2017.11.004。PMID 29128628。S2CID 3370851 。
- ^ Mabil P、Huidobro N、Torres-Ramirez O、Flores-Hernandez J、Flores A、Gutierrez R、Manjarrez E (2020)。「光遺伝学的トランスジェニックマウスの体性感覚錐体ニューロンにおけるNa+電流を増強するノイズ光」。Frontiers in Neuroscience。14 : 490。doi : 10.3389 / fnins.2020.00490。PMC 7263390。PMID 32528244。
- ^ 第 9 回ワイリー生物医学賞がピーター・ヘーゲマン博士、ゲオルク・ナーゲル博士、エルンスト・バンベルク博士に授与される (wiley.com)
- ^ 「Karl Heinz Beckurts-Preis 2010」。Karl Heinz Beckurts財団。
- ^ 「HFSP 中曽根賞 2010」。ヒューマン・フロンティア・サイエンス・プログラム。
- ^ 「ゲルトルート・レームツマ財団のトランスレーショナル神経科学国際賞（2019年までKJ・ツルヒ賞）」マックス・プランク協会。
- ^ 「インベブ・バイエ・ラトゥール国際保健賞」(PDF) .科学研究財団 - FNRS。
- ^ ルイ・ジャンテ賞
- ^ “The Brain Prize 2013”. 2013年10月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年10月3日閲覧。
- ^ Reiner A、Isacoff EY (2013 年 10 月)。「The Brain Prize 2013 : the optogenetics Revolution」。Trends in Neurosciences。36 ( 10): 557–560。doi : 10.1016 /j.tins.2013.08.005。PMID 24054067。S2CID 205404606。
- ^ “2017 年エルゼ・クローナー・フレゼニウス医学研究賞”.エルゼ クローナー フレゼニウス財団。
- ^ 「2018年京都賞受賞者カール・ダイセロス」京都賞。
- ^ 「光遺伝学の発明と改良に対してラムフォード賞が授与される」アメリカ芸術科学アカデミー。2019年1月30日。 2019年3月12日閲覧。
- ^ 「2020年ハイネケン賞受賞者カール・ダイセロス」ハイネケン賞。
- ^ “2020 年ショー賞受賞者ミーゼンベック、ヘーゲマン、ゲオルク・ナーゲル”.ショー賞。
さらに読む
- Appasani K (2017).オプトジェネティクス: ニューロン機能からマッピング、疾患生物学まで。ケンブリッジ、イギリス: ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-1-107-05301-4。
- Banerjee S、 Mitra D (2020 年 1 月)。「高度な植物オプトジェネティクスの設計とエンジニアリングの構造的基礎」。植物科学の動向。25 ( 1 ) : 35–65。Bibcode : 2020TPS ....25...35B。doi :10.1016/j.tplants.2019.10.002。PMID 31699521。S2CID 207942668 。
- Hu W、Li Q、Li B、Ma K、Zhang C、Fu X（2020年1月）。「オプトジェネティクスが組織工学と再生医療に新たな光を投げかける」。バイオマテリアル 。227 ： 119546。doi ：10.1016/j.biomaterials.2019.119546。PMID 31655444。S2CID 204918731 。
- Jarrin S、 Finn DP （2019年10月）。「オプトジェネティクスと痛みと不安の研究への応用」。神経科学と生物行動レビュー。105 ：200–211。doi ：10.1016/j.neubiorev.2019.08.007。PMID 31421140。S2CID 199577276 。
- Johnson HE、Toettcher JE (2018 年 8 月)。「細胞オプトジェネティクスによる発生生物学の解明」。Current Opinion in Biotechnology 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 (2019年10月)。「発生生物学におけるオプトジェネティクスの原理と応用」。開発。146 ( 20 ) : dev175067。doi : 10.1242/dev.175067。PMC 6914371。PMID 31641044。
- Losi A、Gardner KH、Möglich A (2018 年 11 月)。「オプトジェネティクス のための青色光受容体」。Chemical Reviews。118 ( 21): 10659–10709。doi :10.1021 / acs.chemrev.8b00163。PMC 6500593。PMID 29984995。
- Vriz S、Ozawa T (2018 年 9 月)。オプトジェネティクス: 細胞生物学における光駆動アクチュエーターと発光センサー。光化学と光生物学の包括的シリーズ。第 18 巻。ロンドン: 王立化学協会。ISBN 978-1-78801-237-9。
- Wittmann T、Dema A、van Haren J（2020年10月）。「光、細胞骨格、作用：細胞ダイナミクスの光遺伝学的制御」。Current Opinion in Cell Biology。66 。Elsevier Ltd.：1–10。doi：10.1016/j.ceb.2020.03.003 。PMC 7577957。PMID 32371345 。
外部リンク
無料辞書のウィクショナリーでオプトジェネティクスを調べてください。
- 「オプトジェネティクス：脳の秘密に光を当てる」。Scientifica。
- 「オプトジェネティクス：カルシウムイメージングとオプトジェネティクスの統合」。Inscopix 2020年4月6日。