2021年春季学期第2次学术沙龙

本次学术沙龙的主题为光遗传学。首先由夏禹实同学对光遗传学进行了介绍，提出光遗传学特异性高的特性，并简要介绍了光遗传学从眼睛中的视紫红质以及衣藻和细菌中的感光蛋白的发展历史，并梳理了本次学术沙龙的大纲。

第一部分中，杨屿涵、张霁辰、同学分别介绍了视紫红质的发现和视紫红质的分子结构，以及视紫红质的光敏特性。视紫红质在受到光照后通过调控细胞内cGMP的含量来调整感光细胞的电位活性。然后陈泳佐介绍了科学家在光遗传诞生之前对神经环路的探索，例如通过物质的注射来特异性的激活和抑制神经元，并开始对通道进行改造。其中包括SPARK channel和chARGe，但这些动物视紫红质改造的尝试仍存在不稳定和延迟较长的弊端。

在第二个部分中，陈思屹介绍了光遗传学的开端，也就是莱茵衣藻中对光快速反应的蛋白Chop1，并在爪蟾卵母细胞中进行了表达形成了ChR1，而此后所应用的ChR2也是类似的蛋白，它提高了对光反应的速率。孙千尧介绍了C1C2蛋白和ChR2的分子结构，并介绍了它的感光机理。在感光过程中视黄醛的全反式结构变为13为顺式，导致通道打开。正是这些结构上的研究促进了ChR2蛋白的改进，如改变激发光的性质，以及改变通透的离子种类。

中场休息后，黎宇乔同学介绍了光遗传学在果蝇中的应用。实验中通过Gal4-UAS的表达品系在果蝇幼虫运动神经元中特异的表达，并在果蝇饲料中添加视黄醛激活ChR2的光敏活性。这一实验方法被应用于果蝇睡眠稳态的研究以及果蝇行为决策的建模。

接下来王勇胜和闫浩源同学介绍了光遗传学在哺乳动物中的应用,并介绍了应用光遗传学技术进行抑郁症研究的实验。在这一实验中，试验者将光纤投射到mPFC上，并进行强迫游泳的测试，发现并没有对其行为产生预测的影响。因此实验者需要特异的激发抑郁相关神经元，使用特定种类的病毒使ChR2能够在轴突上表达，并通过用光纤激发下游脑区进行实验，发现了mPFC到DRN之间环路对抑郁表型的影响。但这种实验方法中所应用的细菌视紫红质和激光都会对神经元的生长有一定影响。

在这之后，滕佳豪同学介绍了光遗传在肿瘤免疫治疗的应用，包括对组织特异进行特异的扰动以及作为生物传感器的作用，例如增强Ca2+内流帮助T细胞在实体瘤的微环境中更好的发挥作用，以及在在特异区域局部增强细胞因子的表达。花硕同学介绍了光遗传在心脏病中的应用，包括制动蛋白和传感蛋白，目前主要应用于心脏药物毒性的检测以及对心率的控制。

第三部分中，刘金澔和黄奕远同学介绍了其他的几类光受体蛋白。首先是笼式系统的LOV2蛋白和Dronpa蛋白，其主要通过接收光信号后将活性位点暴露出来。其次是二聚化系统，包括CRY2蛋白和CIB1蛋白，而光照能够使与其相连的目标蛋白结合，从而发挥作用。而通过LOV2蛋白的变构，可以实现光介导的细胞定位。以及最后的变构调节系统，使光敏元件直接导致目标蛋白产生变构。这些技术主要的应用包括利用光开关来改变细菌状态的改变，主要应用于丁醇的生产。而另外，光遗传学也可以应用于对细胞行为的研究，例如应用光遗传学调控Ras信号的表达，来研究相关信号通路的研究，或进行果蝇胚胎发育的研究。这种方法在研究中具有高的时间和空间分辨率。

最后，夏禹实同学对本次学术沙龙再次进行了总结，主要强调了光遗传学的本质和ChR2在其中的重要作用。

结束后同学们进行了精彩的提问。