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被遗漏的“光遗传学之父”:潘卓华

2016/10/02 来源:生物通/叶予
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导读
然而,STAT News九月一日发表文章指出,韦恩州立大学的潘卓华(Zhuo-Hua Pan)教授才是最先实现光遗传学操作的人。


光遗传学是神经学领域的革命性技术,诞生至今已经超过十年了。该技术是将光敏通道蛋白添加到想要研究的神经元中,通过光照选择性开启这些通道,激活或者沉默目标神经元。光遗传学技术可以实现精确的时间和空间控制,是深入理解神经系统的有力工具,有助于探索神经元功能、神经元兴奋性、突触传递等问题。

人们普遍认为,斯坦福大学的Karl Deisseroth和MIT的Ed Boyden是开发光遗传学技术的主要功臣。2005年他们合作在Nature Neuroscience杂志上发表的文章被视为光遗传学诞生的标志。根据Google Scholar的数据,这篇文章已经被引用了两千一百多次。

然而STAT News九月一日发表文章指出,韦恩州立大学的潘卓华(Zhuo-Hua Pan)教授才是最先实现光遗传学操作的人。2004年8月Boyden将光敏通道蛋白channelrhodopsin引入大脑神经元,然后通过光照改变了细胞的活性。据悉,潘教授六个月前就在视网膜神经元中做了同样的工作。

潘教授2005年在一次会议上展示了自己的工作,就在Boyden和Deisseroth论文发表的几个月前。但潘教授的论文直到一年后才在Neuron杂志上得以发表。结果Deisseroth、Boyden得到了有力的资助和大量的荣誉,而潘教授的工作却被人们忽视。实际上这种情况在科研领域并不少见,引人注目的CRISPR专利之争也是因为难以确定谁最先发明了这种基因编辑技术。

潘教授2006年4月终于得到发表的论文:

Ectopic Expression of a Microbial-Type Rhodopsin Restores Visual Responses in Mice with Photoreceptor Degeneration

论文摘要:视网膜退行性疾病造成的感光细胞(photoreceptor cell)死亡,往往使视网膜完全丧失对光的应答。为此,潘教授及其团队探索了将内视网膜神经元转化为感光细胞的可能性。研究显示,用腺相关病毒载体可以在鼠类的内视网膜神经元长期表达一种细菌ChR2(channelrhodopsin-2)。随后他们对感光细胞退化的小鼠进行研究,证实在内视网膜神经元表达ChR2可以恢复视网膜编码光信号并将信号传给视觉皮层的能力。潘教授得出的结论是,在依然存活的内视网膜神经元中表达细菌ChR2,是视杆和视锥退化之后恢复视力的可行策略。

研究者们一直在尝试理解人类的记忆,光遗传学技术为他们提供了前所未有的便利工具。Nature杂志上同时发表了两项光遗传学研究,颠覆了人们对恐惧记忆的认识。研究显示,当恐惧记忆产生之后,检索恐惧记忆的大脑回路会随着时间推移发生改变。也就是说,回忆旧记忆的大脑通路与回忆新鲜恐惧记忆不同。患有焦虑症(比如创伤后应激障碍PTSD)的人往往会经历长时间的高度恐惧,这类疾病可能与恐惧记忆的检索回路被破坏有关。

额叶在大脑认知功能中起到了重要的作用,比如注意力、记忆、学习、做出决策和解决问题。不过人们一直不清楚额叶是如何发挥这种作用的,也不知道涉及了什么类型的神经细胞。瑞典卡罗林斯卡学院(Karolinska Institutet)的研究人员利用光遗传学技术,首次在小鼠大脑中鉴定到了注意力神经元。研究表明,操纵这种细胞的活性可以增强小鼠的注意力。这项成果发表在今年一月的Cell杂志上,有助于进一步理解大脑额叶(frontal lobes)的工作机制。

前不久,北卡罗来纳大学的科学家们在光遗传学技术的基础上,开发了快速检测基因和蛋白质功能的强大工具。他们将光敏开关装到蛋白质上,然后在活细胞中用激光操纵蛋白质的移动和活性。研究人员指出,利用光可以在特定时间失活特定细胞的一个蛋白质,对其进行实时观察。这些信息有助于揭示这个蛋白的真正功能。

潘卓华教授简介:

美国韦恩州立大学医学院解剖与细胞生物学系教授、Kresge眼科研究所Ligon视觉研究中心科学主任,以第一作者或通讯作者曾发表过40多篇SCI论文,主要致力于光遗传学等方面的研究。1978-1982年 中国科技大学 学士;1982-1984年 中科院生物物理研究所 硕士;1986-1990年 纽约州立大学水牛城分校 博士;1990-1991年 纽约州立大学水牛城分校 博士后。

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