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首次成功利用光遗传学治疗不育
时间:2015-01-22 11:25:00  作者:网站编辑  来源:生物通
目前,来自欧洲高级研究中心的科学家们,首次成功地通过光遗传学来控制精子的功能。他们将一种用于cAMP合成的光激活酶,插入缺乏内源酶的小鼠精子。
    目前,来自欧洲高级研究中心的科学家们,首次成功地通过光遗传学来控制精子的功能。他们将一种用于cAMP合成的光激活酶,插入缺乏内源酶的小鼠精子。这些小鼠的精子通常是非运动性的,因此小鼠是不育的。用蓝光刺激这些精子之后,它们能够产生cAMP,开始再次游动,甚至能够使卵细胞受精。利用光遗传学技术,科学家现在不仅能够控制离子流入神经细胞,从而控制它们的活性,而且还能控制其他类型细胞中的信号通路。相关研究结果发表在最近的国际著名学术期刊《eLife》。
    用光来控制细胞,一直以来都是科学家的一个夙愿。光可以被迅速打开和关闭,并且不会干扰自然的细胞过程。实现这一目标的最大障碍是,找到一种方法,为细胞提供“光开关”。在2002年,三位德国科学家——Peter Hegemann、Ernst Bamberg和Georg Nagel证明,一种单细胞绿藻的光敏膜蛋白是离子通道,并将它们称为channelrhodopsins。Channelrhodopsins可以通过基因工程方法被插入到细胞中,从而使我们有可能用光来控制细胞。这一发现建立了一个新的研究领域,被称为光遗传学。     用光操纵记忆?
    光遗传学主要是用光控制含有channelrhodopsin的神经细胞的电活动。同时,光遗传学“工具箱”一直不断扩大,因此现在有可能打开或关闭细胞中信使介导的信号通路。一种重要的细胞信使是磷酸腺苷AMP(cAMP),它控制着大范围的功能,例如心率、嗅觉、学习、记忆形成和卵细胞受精。这种物质是通过称为腺苷酸环化酶的酶而合成的。
    在2002年,第一个光激活的腺苷酸环化酶(PAC,光激活的腺苷酸环化酶)被发现。从那时起,研究人员已经遇到了更多这样的酶。最突出的例子是bPAC,来自土壤细菌的一个光门控腺苷酸环化酶,是由柏林洪堡特大学的Peter Hegemann发现的。
    欧洲高级研究中心的科学家们与Peter Hegemann合作,在Benjamin Kaupp和Dagmar Wachten的带领下,制备了一种转基因小鼠,它的精子含有光激活腺苷酸环化酶bPAC。卵细胞的受精与cAMP的合成密切相关。缺乏内源性腺苷酸环化酶的精子不能游动:小鼠是不育的。然而,如果用蓝光刺激bPAC精子,cAMP浓度就会增加,精子游动地更快,因为精子尾部跳动的更快。
    然而,研究人员的目标不仅是用光控制精子的游泳运动;他们还想用光来调节受精作用。因此,他们将bPAC插入缺乏用于cAMP生产的内源性酶的小鼠突变体精子中。这些小鼠的精子是不能游动的,雄性小鼠是不育的。然而,用蓝光进行刺激之后,精子开始再次游动,甚至可以使卵细胞受精。因此,我们有可能用光控制一些像受精这样基本的事情。因此可以说,光遗传学征服了神经科学以外的另一个领域。
关键字:光遗传学
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