科学家可以用光遗传学技术通过光刺激定位和控制神经细胞,这项技术正在以前所未有的精度用于研究大脑神经回路。这一革命性的技术依赖于光敏蛋白（如紫红质通道蛋白）,加州大学圣克鲁斯分校的研究人员已经确定了参与了光致激活这些蛋白之一的分子机制。

这一新发现,于7月3日发表在《生物化学杂志》上的两篇论文上,可以帮助科学家创建定制优化应用于光遗传学，这两篇论文的主要作者、加州大学圣塔克鲁兹分校化学与生物化学教授David Kliger说。

“即使在光遗传学上广泛应用，关于这些蛋白质的功能机制仍知之甚少,”Kliger说。

研究人员使用快速激光光谱学研究紫红质通道蛋白-2的功能,它在海洋藻类中发现并广泛应用于光遗传学实验。紫红质通道蛋白是一种控制离子在细胞膜流动的离子通道。有很多种不同的离子通道在不同类型的细胞中为不同的目的服务。神经信号涉及穿过不同神经细胞细胞膜的离子流动,光遗传学的突破是发现光学门控离子通道插入的基因（例如深入神经元的紫红质通道蛋白）会使他们在应对光时开火。

第一篇论文描述了打开离子通道蛋白质经过的过程中间状态的紫红质通道蛋白功能机制。在第二篇论文中,研究人员表示，在第一篇论文中揭示的机制可以解释光遗传学实验中观察到的离子电流模式。

“这是令人兴奋的,因为这提供了光遗传学属性优化的突变体蛋白选择的开始,这对大脑研究和神经一般过程来说提供了方法论,“Kliger说。

有几种类型的修改对光遗传学来说非常有用,如使蛋白质更加高效,只需要很少的光就可以在神经元中触发电流,他说。在某些情况下,研究人员可能希望加快或减缓通道开放,或者想要加快或减慢通道关闭。根据所研究的组织,他们可能也想改变光需要激活的蛋白质的光谱。

”这些基本的生物物理实验可以在光遗传学实验中帮助优化蛋白质的功能,“Kliger说。