Idi na sadržaj

Optogenetika

Nepregledano
S Wikipedije, slobodne enciklopedije

Optogenetika je biološka tehnika koja se koristi za karakterizaciju i manipulaciju aktivnošću neurona ili drugih tipova ćelija pomoću svjetlosti. To se postiže ekspresijom ionskih kanalnih, pumpi ili enzima osjetljivih na svjetlost u ciljanim moždanim ćelijama. Posebna grana ove oblasti je nano-optogenetika.[1] Na nivou pojedinačnih ćelija, enzimi aktivirani svjetlošću i transkripcijski faktori omogućavaju preciznu kontrolu biohemijskih signalnih puteva.[2] U sistemskoj neuronauci, sposobnost kontrole aktivnosti genetički definisanog skupa neurona iskorištena je za razumijevanje njihovog doprinosa donošenju odluka,[3] učenja,[4] sjećanje na strah,[5] parenja,[6] ovisnosti,[7] hranjenja[8] i kretanja.[9] U medicinskoj primjeni optogenetičke tehnologije, djelimično je vraćen vid slijepom pacijentu sa dijagnozom retinitis pigmentosa.[10] Izvan okvira pojedinačnih ćelija, optogenetičke tehnike uvedene su radi mapiranja funkcionalne povezanosti mozga.[11][12] Promjenom aktivnosti neurona i bilježenjem aktivnosti drugih ćelija pomoću tehnika snimanja i elektrofiziologije, istraživači mogu identifikovati statističke zavisnosti između ćelija i moždanih regija.[13][14] U širem smislu, oblast optogenetike obuhvata i metode za bilježenje ćelijske aktivnosti pomoću genetički kodiranih indikatora.

Historija

[uredi | uredi izvor]

Godine 1979. Francis Crick ukazao je na to da kontrola svih ćelija određene vrste u mozgu, uz istovremeno zadržavanje ostalih ćelija manje-više nepromijenjenim, predstavlja pravi izazov za neuronauku. Crick je pretpostavio da bi tehnologija zasnovana na upotrebi svjetlosti mogla biti korisna za kontrolu neuronske aktivnosti uz vremensku i prostornu preciznost, ali u to vrijeme nije postojala tehnika kojom bi se neuroni učinili osjetljivim na svjetlost.

Do ranih 1990-ih, LC Katz i E Callaway pokazali su da svjetlost može osloboditi glutamat iz vezanog oblika (tzv. uncaging).[15] Heberle i Büldt su još 1994. godine pokazali funkcionalnu heterolognu ekspresiju bakteriorodopsina za protok iona aktiviran svjetlošću u kvascu.[16] U 1995., Georg Nagel, Ernst Bamberg i njihove kolege pokušali su heterolognu ekspresiju mikrobnih rodopsina (također bakteriorodopsina, a također i u ne-neuralnom sistemu, oocitima Xenopusa) i pokazali struju indukovanu svjetlošću.[17]

Najranija genetski ciljana metoda koja je koristila svjetlost za kontrolu neurona senzibiliziranih rodopsinom prijavljena je u januaru 2002. godine od strane Borisa Zemelmana i Geroa Miesenböcka, koji su korističi Drosophila rodopsin u kultivisanim neuronima sisara.[18] Godine 2003. Zemelman i Miesenböck razvili su drugu metodu za aktivaciju neurona zavisnu od svjetlosti, pri čemu su pojedinačni ionotropni kanali TRPV1, TRPM8 i P2X2 otvarani pomoću fotolabilnih liganada kao odgovor na svjetlost.[19] Počevši od 2004. godine, grupe Kramera i Isacoffa razvile su organske fotoprekidače ili "reverzibilno kavezne" spojeve u saradnji sa Traunerovom grupom koji bi mogli stupiti u interakciju s genetički uvedenim ionskim kanalima.[20][21] Metodologija zasnovana na TRPV1 – doduše bez okidača u vidu osvjetljavanja – naknadno je korištena u nekoliko laboratorija za modifikaciju ishrane, lokomocije i bihevioralne otpornosti kod laboratorijskih životinja.[22][23][24] Međutim, pristupi zasnovani na svjetlosti za mijenjanje neuronske aktivnosti nisu primjenjivani izvan izvornih laboratorija, vjerovatno zato što je ubrzo nakon toga kloniran kanalrodopsin, koji je bilo lakše koristiti.[25]

Peter Hegemann, Proučavajući reakciju zelenih algi na svjetlost (fototaksiju) na Univerzitetu u Regensburgu, otkrio je fotostruje koje su bile prebrze da bi se mogle objasniti klasičnim životinjskim rodopsinima povezanim s G-proteinima.[26] U saradnji s elektrofiziologom Georgom Nagelom iz Max Planck Instituta za biofiziku u Frankfurt]]u, uspjeli su pokazati da je jedan gen iz alge Chlamydomonas proizvodio je velike fotostruje kada je eksprimiran u oocitima žabe.[27] Kako bi identifikovali ćelije koje vrše ekspresiju, zamijenili su citoplazmatski rep proteina iz algi fluorescentnim proteinom YFP, čime su kreirali prvi univerzalno primjenjiv optogenetički alat.[25] U radu iz 2003. godine naveli su da se „ekspresija ChR2 u oocitima ili ćelijama sisara može koristiti kao moćan alat za povećanje citoplazmatske koncentracije Ca2+ ili za depolarizaciju ćelijske membrane, jednostavno putem osvjetljavanja”.

Karl Deisseroth sa Odsjeka za bioinženjerstvo Univerziteta Stanford objavio je stranice iz laboratorijske bilježnice s početka jula 2004., koje se odnose na njegov početni eksperiment kojim je prikazana aktivacija neurona koji eksprimiraju kanalrodopsina pomoću svjetlosti.[28] U avgustu 2005., osoblje njegove laboratorije, uključujući studente postdiplomskog studija Eda Boydena i Fenga Zhanga, u saradnji s Georgom Nagelom, objavilo je prvu demonstraciju jednokomponentnog optogenetičkog sistema u neuronima,[29] koristeći mutantni channelrhodopsin-2(H134R)-eYFP autora Georga Nagela, koji predstavlja prvi mutant proteina channelrhodopsin-2 otkako su Georg Nagel i Hegemann izvršili njegovu funkcionalnu karakterizaciju.[25] Zhuo-Hua Pan sa Univerziteta Wayne State, istražujući mogućnosti vraćanja vida slijepim osobama, testirao je kanalrodopsin na ganglijskim ćelijama – neuronima u ljudskom oku koji su direktno povezani s mozgom. Prema samom Panu, do prvog zapažanja optičke aktivacije mrežnjačnih neurona pomoću kanalrodopsina došlo je u februaru 2004.,[30] pet mjeseci prije Deisserothovog početnog zapažanja u julu 2004.[31] Zaista, transficirani neuroni postali su električno aktivni kao odgovor na svjetlost, a Zhuo-Hua Pan je 2005. godine izvijestio o uspješnoj in vivo transfekciji kanalrodopsina u ganglijske ćelije mrežnjače miševa, kao i o električnim odgovorima na fotostimulaciju u kulturi isječaka mrežnjače.[32] Ovaj pristup su 2021. godine na ljudskom pacijentu konačno primijenili Botond Roska i njegovi saradnici.[10]

U aprilu 2005., Susana Lima i Miesenböck izvijestili su o prvoj upotrebi genetički ciljane P2X2 fotostimulacije za kontrolu ponašanja životinje.[33] Pokazali su da fotostimulacija genetički definisanih grupa neurona, poput onih iz dopaminergičkog sistema, izaziva karakteristične promjene u ponašanju vinskih mušica.

U oktobru 2005. godine, Lynn Landmesser i Stefan Herlitze također su objavili rezultate primjene kanalrodopsina-2 za kontrolu neuronske aktivnosti kod kultivisanih hipokampusnih neurona i u sklopovima kičmene moždine kokoši unutar intaktnih embriona u razvoju.[34] Osim toga, prvi put uveli su rodopsin kičmenjaka, G-protein spregnuti receptor s aktiviranim svjetlošću, kao alat za inhibiciju neuronske aktivnosti putem regrutacije intracelularnih signalnih puteva, također u neuronima hipokampusa i intaktnom razvoju embrija kokoši.[34]

Grupe Alexandera Gottschalka i Georga Nagela napravile su prvi ChR2 mutant (H134R) i bile su prve koje su koristile kanalrodopsin-2 za kontrolu neuronske aktivnosti kod intaktne životinje, pokazujući da se motorni obrasci kod oble gliste C. elegans mogu izazvati svjetlosnom stimulacijom genetički odabranih neuronskih krugova (objavljeno u decembru 2005.).[35] Kod miševa se kontrolisana ekspresija optogenetičkih alata često postiže primjenom Cre/loxP metoda specifičnih za tip ćelije, koje je za potrebe neuronauke razvio Joe Z. Tsien još tokom 1990-ih, [36] aktivirajući ili inhibirajući specifične moždane regije i tipove ćelija in vivo.[37]

U 2007., laboratorije Boydena i Deisserotha (zajedno sa grupama Gottschalka i Georga Nagela) istovremeno izvijestile su o uspješnoj optogenetičkoj inhibiciji aktivnosti neurona.[38][39] Iste godine, grupe Georga Nagela i Hegemanna započele su optogenetičku manipulaciju cAMP-om.[40] Godine 2014., Avelar et al objavili su prvi gen rodopsin-gvanilil ciklaze iz gljive. Godine 2015., Scheib et al. i Gao et al. okarakterisali su aktivnost gena za rodopsin-gvanilil-ciklazu. A Shiqiang Gao i saradnici, te Georg Nagel i Alexander Gottschalk, identifikovali su ga kao prvi rodopsin sa osam transmembranskih domena.[41]

Opis

[uredi | uredi izvor]
Slika 1. Kanalrodopsin-2 (ChR2) indukuje vremenski preciznu aktivnost, potaknutu plavom svjetlošću, u neuronima prelimbičkog prefrontalnog korteksa pacova. a) Šematski prikaz in vitro eksperimenta (lijevo) koji prikazuje dovod plave svjetlosti i patch-clamp snimanje (metoda na nivou cijele ćelije) aktivnosti izazvane svjetlošću kod fluorescentnog piramidnog neurona koji eksprimira CaMKIIα::ChR2-EYFP (desno), u akutnom moždanom isječku.
b) Shematski prikaz in vivo eksperimenta (lijevo) koji prikazuje dovod plave svjetlosti (473 nm) i snimanje aktivnosti pojedinačnih neurona (single-unit recording). (dolje lijevo)
Koronalni moždani isječak koji prikazuje ekspresiju CaMKIIα::ChR2-EYFP u prelimbnoj regiji. Svijetloplava strelica pokazuje vrh optičkog vlakna; crna strelica pokazuje vrh elektrode za snimanje (lijevo). Bijela traka, 100 μm. (dolje desno) In vivo snimak aktivnosti neurona prefrontalnog korteksa kod pacova transduciranog sa CaMKIIα::ChR2-EYFP, koji prikazuje generisanje akcionih potencijala (spajkova) izazvanih svjetlošću pri frekvenciji od 20 Hz (niz impulsa plave svjetlosti; desno). Umetnuti prikaz: reprezentativni odgovor pojedinačnog neurona izazvan svjetlošću.[42]
Slika 2. Halorodopsin (NpHR) brzo i reverzibilno utišava spontanu aktivnost in vivo u prelimbičkom prefrontalnom korteksu pacova. (Gore lijevo) Šematski prikaz koji pokazuje in vivo dovođenje zelene svjetlosti (532 nm) i snimanje aktivnosti pojedinačne ćelije (single-unit recording) piramidalnog neurona koji spontano funkcioniše i eksprimira CaMKIIα::eNpHR3.0-EYFP. (Desno) Primjer zapisa koji pokazuje da kontinuirano osvjetljavanje svjetlošću talasne dužine 532 nm inhibira aktivnost pojedinačne ćelije in vivo. Umetnuti prikaz: reprezentativni zapis aktivnosti pojedinačne ćelije; zelena traka: 10 sekundi.[42]
Nematoda koja izražava ionski kanal Mac osjetljiv na svjetlost. Mac je protonska pumpa izvorno izolirana u gljivici Leptosphaeria maculans, a sada izražena u mišićnim stanicama C. elegans koji se otvara kao odgovor na zeleno svjetlo i uzrokuje hiperpolarizirajuću inhibiciju. Važno je napomenuti produženje dužine tijela kojem se crv podvrgava svaki put kada je izložen zelenom svjetlu, što je vjerovatno uzrokovano Macovim efektima opuštanja mišića.[43]
Nematoda koja eksprimira ChR2 u grupi gubernakularno-oblikvnih mišića reaguje na stimulaciju plavom svjetlošću. Stimulacija plavom svjetlošću uzrokuje ponavljajuće kontrakcije gubernakularno-oblikvnih mišića, što dovodi do ponavljajućih pokreta potiskivanja spikule, nalik onima koji se prirodno javljaju tokom kopulacije.[44]

Optogenetika pruža vremensku preciznost na nivou milisekundi, što istraživaču omogućava da prati brze procese biološke obrade informacija. Po definiciji, optogenetika mora funkcionisati u vremenskom okviru milisekundi kako bi omogućila dodavanje ili uklanjanje preciznih obrazaca aktivnosti unutar specifičnih ćelija u mozgu intaktnih životinja (vidi 'sliku 1) i održala korak s optičkom kontrolom. To se može postići putem električnih mjerenja (pomoću „optroda”) ili korištenjem reporterskih proteina za biosenzorstvo, nastalih spajanjem fluorescentnih proteina s detektorskim proteinima. Pored svog naučnog značaja, optogenetika predstavlja važan primjer koji ilustruje vrijednost očuvanja prirode, kao i značaj temeljne nauke. Biofizičari i mikrobiolozi su decenijama proučavali ove opsine radi njih samih, i to prije nego što se razmatrala njihova potencijalna vrijednost u neuronauci i istraživanju neuropsihijatrijskih oboljenja.[45]

Proteini aktivirani svjetlošću
kanali, pumpe i enzimi

Obilježje optogenetike je uvođenje brzih kanala, pumpi i enzima aktiviranih svjetlošću koji omogućavaju vremenski preciznu manipulaciju električnim i biohemijskim događajima, uz održavanje rezolucije ćelijskog tipa kroz upotrebu specifičnih mehanizama ciljanja. Među mikrobnim opsinima koji se mogu koristiti za istraživanje funkcije nervnih sistema su kanalrodopsini (ChR2, ChR1, VChR1 i SFO) za pobuđivanje neurona i anion-provodljivi kanalrodopsini za inhibiciju izazvanu svjetlošću. Indirektno svjetlošću kontrolisani kalijski kanali nedavno su konstruisani kako bi se spriječilo stvaranje akcijskog potencijala u neuronima tokom osvjetljavanja plavim svjetlom.[46][47] Ionske pumpe pokretane svjetlošću također se koriste za inhibiciju neuronske aktivnosti, npr. halorodopsin (NpHR),[48] poboljšani halorodopsini (eNpHR2.0 i eNpHR3.0, vidi Sliku 2),[49] arhaerodopsin (Arch), gljivični opsini (Mac) i pojačani bakteriorodopsin (eBR).[50]

Optogenetska kontrola dobro definiranih biokemijskih događaja kod sisara koji se ponašaju je također moguća. Nadovezujući se na prethodni rad spajanja opsina kičmenjaka sa specifičnim receptorima G-protein spregnutog receptora;[51] kreirana je porodica himernih jednokomponentnih optogenetičkih alata koji su istraživačima omogućili manipulaciju koncentracijom određenih unutarćelijskih glasnika, poput cAMP-a i IP3, u ciljanim ćelijama sisara tokom njihovog prirodnog ponašanja.[52] Ubrzo nakon toga uslijedili su drugi biohemijski pristupi optogenetici, kada je u kultivisanim ćelijama postignuta optička kontrola nad malim GTPazama i adenilat-ciklazom primjenom novih strategija iz nekoliko različitih laboratorija.[53][54][55] Fotoaktivirane adenilil-ciklaze otkrivene su kod gljiva i uspješno korištene za kontrolu nivoa cAMP-a u neuronima sisara.[56][57] sa Gi/o spregnuti opsini proteinima (eOPN3,[58] PdCO[59]) korišteni su za inhibiciju fuzije sinapsnih vezikula u neuronima kao odgovor na svjetlost, čime se blokira njihov izlazni signal. Ovaj novi repertoar optogenetičkih aktuatora omogućava kontrolu više aspekata ćelijske funkcije kod intaktnih životinja, uz specifičnost u pogledu tipa ćelija i vremensku preciznost.[60]

Hardver za primjenu svjetla

Još jedan neophodan faktor je hardver (npr. integrirani fiberoptički i čvrsti izvori svjetlosti) koji omogućava kontrolu specifičnih tipova ćelija kod životinja koje se slobodno ponašaju. Najčešće se ovo posljednje postiže korištenjem tehnologije dioda spojenih optičkim vlaknima uvedene 2007.[61][62][63] Kako bi izbjegli upotrebu implantiranih elektroda, istraživači su razvili metode za ugrađivanje i modifikaciju prozirnog „prozora” od cirkonija u lobanje miševa, čime se omogućava dublje prodiranje optičkih talasa radi stimulacije ili inhibicije pojedinačnih neurona.[64] Za stimulaciju površinskih područja mozga, poput moždane kore, optička vlakna ili LED diode mogu se postaviti direktno na lobanju životinje. Optička vlakna implantirana na veću dubinu korištena su za dovođenje svjetlosti do dubljih područja mozga.[65] Kao dopuna metodama koje uključuju vezu putem optičkih vlakana, razvijene su potpuno bežične tehnike koje koriste bežični prijenos energije do svjetlećih dioda (LED) smještenih na glavi, omogućavajući nesmetano proučavanje složenih oblika ponašanja kod organizama koji se slobodno kreću.[66]

Ekspresija optogenetskih aktuatora

Optogenetika također obuhvata razvoj strategija genetičkog ciljanja, kao što su promotori specifični za određene ćelije ili drugi prilagođeni virusi s uslovnom aktivnošću, radi dopremanja sondi osjetljivih na svjetlost do specifičnih populacija neurona u mozgu živih životinja (npr. gliste, vinska mušica, miševi, pacovi i majmuni). Kod beskičmenjaka, poput crva i vinskih mušica, hrani se dodaje određena količina all-trans-retinala (ATR). Ključna prednost mikrobnih opsina, kao što je već spomenuto, jeste to što su oni potpuno funkcionalni kod kičmenjaka, bez dodavanja egzogenih kofaktora..[63]

Tehnike

[uredi | uredi izvor]
Tri osnovne komponente u primjeni optogenetike su sljedeće:
(A) Identifikacija ili sinteza proteina osjetljivog na svjetlost (opsina), kao što su kanalrodopsin-2 (ChR2), halorodopsin (NpHR) itd.
(B) Dizajniranje sistema za unošenje genetskog materijala koji sadrži opsin u ćelije radi ekspresije proteina, poput primjene Cre-rekombinaze ili adeno-asociranog virusa.
(C) Primjena instrumenata koji emituju svjetlost.[67]

Tehnika primjene optogenetike fleksibilna je i prilagodljiva potrebama istraživača. Kanalrodopsini selektivni za katione (npr. ChR2) koriste se za ekscitaciju neurona, dok kanalrodopsini koji provode anione (npr. GtACR2) inhibiraju neuronsku aktivnost. Kombinovanje ovih alata u jedinstven konstrukt (npr. BiPOLES) omogućava i inhibiciju i ekscitaciju, zavisno od talasne dužine svjetlosti kojom se vrši osvjetljavanje.[68] Unošenje mikrobnog opsina u specifičnu podgrupu ćelija predstavlja izazov. Jedan od popularnih pristupa je unošenje modifikovanog virusnog vektora koji sadrži gen za optogenetički aktuator povezan sa specifičnim promotorom, kao što je CAMKIIα, omogućavajući određeni stepen specifičnosti.[69] Specifičniji pristup zasnovan na transgenim "pogonskim" miševima koji eksprimiraju Cre-rekombinazu, enzim koji katalizira rekombinaciju između dva lox-P mjesta u specifičnom podskupu ćelija. Uvođenjem konstruiranog virusnog vektora koji sadrži gen optogenetičkog aktuatora između dva lox-P mjesta, samo ćelije koje proizvode Cre-rekombinazu eksprimirati će mikrobni opsin. Ova tehnika omogućila je upotrebu modificiranih optogenetičkih aktuatora bez potrebe za stvaranjem cijele linije transgenih životinja svaki put kada je potreban novi mikrobni opsin.[70] Nakon uvođenja i ekspresije mikrobnog opsina, izvor svjetlosti pod računarskom kontrolom mora se optički povezati s predmetnim područjem mozga.[71] Često se koriste LED diode ili laser čvrstog stanja s diodnim pumpanjem (DPSS) povezani s optičkim vlaknima. Nedavni napredak uključuje pojavu bežičnih uređaja koji se nose na glavi, a koji usmjeravaju LED svjetlost na ciljana područja, čime se životinjama omogućava veća sloboda kretanja.[72][73] Pristupi zasnovani na optičkim vlaknima također se mogu koristiti za kombinovanje optičke stimulacije i snimanja kalcijskih signala.[65] This enables researchers to visualize and manipulate the activity of single neurons in awake behaving animals.[74] Također je moguće istovremeno snimati iz više dubokih regija mozga pomoću GRIN sočiva povezana optičkim vlaknom sa eksterno postavljenim fotodetektorom i fotostimulatorom.[75][76]

Tehnički izazovi i ograničenja

[uredi | uredi izvor]

Selektivna ekspresija

[uredi | uredi izvor]

Jedan od glavnih problema optogenetike jeste to što sve dotične ćelije ne moraju nužno eksprimirati gen za mikrobni opsin na istom nivou. Stoga će čak i osvjetljavanje svjetlošću definisanog intenziteta imati različite učinke na pojedinačne ćelije. Optogenetička stimulacija neurona u mozgu manje je kontrolisana jer intenzitet svjetlosti opada kako se udaljavamo od izvora svjetlosti. Zbog toga ostaje teško usmjeriti opsin u određene subćelijske odjeljke.[49][77] Ograničavanje opsina na specifične regije plazmatske membrane, kao što su dendriti, some ili aksonski završeci, omogućava bolje razumijevanje neuronskih krugova.[77] Matematičko modeliranje pokazuje da selektivna ekspresija opsina u određenim tipovima ćelija može dramatično promijeniti dinamičko ponašanje neuronskih krugova. Konkretno, optogenetička stimulacija koja prvenstveno cilja inhibitorne ćelije može promijeniti ekscitabilnost nervnog tkiva, utičući pritom i na neurone koji nisu transficirani.[78]

Kinetika i sinhronizacija

[uredi | uredi izvor]

Izvorni kanalrodopsin-2 zatvarao se sporije od tipičnih kationskih kanala korteksnih neurona, što je dovodilo do produžene depolarizacije i priliva kalcija.[79] Štaviše, razlike između obrazaca prirodnog okidanja i optogenetske aktivacije dovode do sinhronizovane aktivacije neurona putem pulsne svjetlosne stimulacije, čime se isključuje mogućnost sekvencijalne aktivnosti unutar stimulisane populacije. To otežava ne samo razumijevanje načina na koji te ćelije međusobno komuniciraju, već i shvatanje veze između njihovih faznih svojstava aktivacije i funkcionisanja neuronskih krugova.

Kako bi se prevazišli ovi izazovi, optogenetska aktivacija je kombinovana sa funkcionalnom magnetnom rezonancom (fMRI) radi rasvjetljavanja konektoma – detaljne mape neuronskih veza u mozgu.[77][80] Optogenetička aktivacija precizno određene vremenske dinamike koristi se za kalibraciju odgođenog hemodinamskog signala (BOLD – signal zavisan od nivoa kisika u krvi) na kojem se zasniva fMRI.

Spektar apsorpcije svjetlosti

[uredi | uredi izvor]

Proteini opsini koji se sada koriste imaju vrhove apsorpcije raspoređene širom vidljivog spektra, ali ostaju znatno osjetljivi na plavu svjetlost.[77] Ovo spektarsko preklapanje znatno otežava kombinovanje aktivacije opsina sa genetički kodiranim indikatorima (GEVI, GECI, GluSnFR, synapto-pHluorin), od kojih većina zahtijeva ekscitaciju plavom svjetlošću. Opsini aktivirani infracrvenom svjetlošću bi, pri standardnoj vrijednosti ozračenosti, povećali prodor svjetlosti i poboljšali rezoluciju, smanjenjem rasipanja svjetlosti.

Prostorni odgovor

[uredi | uredi izvor]

Zbog rasipanja, uski snop svjetlosti namijenjen stimulaciji neurona u određenom području nervnog tkiva može izazvati profil odgovora koji je znatno širi od samog stimulacijskog snopa.[81] U ovom slučaju, neuroni se mogu nenamjerno aktivirati (ili inhibirati). Alati za računarsku simulaciju[82][83] koriste se za procjenu volumena stimuliranog tkiva za različite talasne dužine svjetlosti.

Primjene

[uredi | uredi izvor]

Područje optogenetike unaprijedilo je fundamentalno naučno razumijevanje o tome kako specifični tipovi ćelija doprinose funkciji bioloških tkiva kao što su neuronski krugovi in vivo. Sa kliničke strane, istraživanja vođena optogenetikom dovela su do uvida u obnavljanje pomoću svjetlosti ],[84] Parkinsonova bolest[85][86] i drugih nervnih i psihijatrijskih poremećaja kao što su autizam, shizofrenija, zloupotreba droga, anksioznost i depresija.[50][87][88][89] Eksperimentalni tretman sljepoće uključuje kanalni rodopsin eksprimiran u ganglijskim ćelijama mrežnjače, koji se stimuliše svjetlosnim obrascima iz specijalno dizajniranih naočala.[90][10]

Identifikacija specifičnih neurona i mreža

[uredi | uredi izvor]

Amigdala

[uredi | uredi izvor]

Optogenetički pristupi korišteni su za mapiranje neuronskih krugova u amigdali koji doprinose uslovljavanju straha.[91][92][93][94] Jedan takav primjer neuronskog kruga jeste veza između bazolateralne amigdale i dorzomedijalnog prefrontalnog korteksa, gdje su uočene neuronske oscilacije frekvencije 4 Hz u korelaciji s ponašanjem ukočenosti (zamrzavanja) izazvanim strahom kod miševa. U transgene miševe uveden je kanalrodopsin-2 povezan s parvalbuminom-Cre promotorom, koji je selektivno ciljao interneurone smještene u bazolateralnoj amigdali i dorzomedijalnom prefrontalnom korteksu, a koji su odgovorni za oscilacije od 4 Hz. Optička stimulacija tih interneurona izazvala je ponašanje ukočenosti, čime su dobijeni dokazi da bi te oscilacije od 4 Hz mogle biti odgovorne za osnovni odgovor na strah koji generišu neuronske populacije u dorzomedijalnom prefrontalnom korteksu i bazolateralnoj amigdali.[95] Daljnje optogenetočke manipulacije centralne amigdale (CeA) otkrile su ulogu te regije u robusnim senzomotornim funkcijama. Korištenjem mišjih modela, in vivo snimanje kalcija otkrilo je aktivaciju populacija neurona koje eksprimiraju transkripcijski faktor Isl1 na početku radnje grizenja. Neuronska aktivnost bila je direktno proporcionalna tvrdoći objekta koji se grize, što ukazuje na ulogu ovih neurona u modulaciji sile. Optogenetska aktivacija CeAIsl1 neurona pojačavala je i intenzivirala ponašanje grizenja, dok je inhibicija ometala grizenje smanjenjem aktivnosti mišića odgovornih za zatvaranje vilice. Štaviše, aktivacija projekcija CeAIsl1 neurona prema parvoćelijskoj retikularnoj formaciji (PCRt) i pedunkulopontinom tegmentnom jezgru (PPtg) rezultirala je povećanom učestalošću i trajanjem grizenja, što ukazuje na vezu između motivacijskih stanja i motornog odgovora.[96]

Prednji cingularni korteks

Optogenetočke tehnike također su korištene za istraživanje puteva bola uključenih u hronični i neuropatski bol.[97] Prednji cingularni korteks (ACC) struktura je unutar limbnog sistema sa brojnim međusobnim vezama, odgovorna za obradu signala bola. Dugotrajna potencijacija ovih signala karakteriše razvoj neuropatskog bola.[98] Stimulacija inhibitornih neurona u ACC-u koji eksprimiraju kanalrodopsin-2 rezultirala je smanjenjem refleksnih odgovora na akutni bol kod miševa. Ovakve studije pokazuju da modulacija inhibitornih puteva uključenih u procesuiranje bola predstavlja izvodljiv metod za kontrolu upalnog i neuropatskog bola.[99]

Mirisni bulbus

[uredi | uredi izvor]

Optogenetička aktivacija mirisnih senzornih neurona bila je ključna za demonstriranje vremenskih aspekata obrade mirisa[100] i za mehanizam neuromodulatorno posredovanih olfaktorno vođenih ponašanja (npr. agresija, parenje).[101] Pored toga, uz pomoć optogenetike, ponovo su dobijeni dokazi koji pokazuju da je „naknadna slika” mirisa koncentrisana više centralno, oko mirisnog bulbusa, a ne na periferiji gdje se nalaze neuroni mirisnih receptora. Transgeni miševi, kod kojih je eksprimiran kanal-rodopsin Thy1-ChR2, stimulisani su laserom talasne dužine 473 nm, postavljenim transkranijalno iznad dorzalnog dijela mirisnog bulbusa. Dugotrajnija fotostimulacija mitralnih ćelija u mirisnom bulbusu rezultirala je uočavanjem dugotrajnije neuronske aktivnosti u tom području i nakon prestanka fotostimulacije, što ukazuje na to da je mirisni senzorni sistem sposoban za dugoročne promjene i prepoznavanje razlika između starih i novih mirisa.[102]

Nucleus accumbens

[uredi | uredi izvor]

Optogenetika, praćenje ponašanja sisara pri slobodnom kretanju, in vivo elektrofiziologija i fiziologija moždanih isječaka integrisani su radi proučavanja holinergičkih interneurona u strukturi nucleus accumbens, putem direktne ekscitacije ili inhibicije. Iako čine manje od 1% ukupne populacije neurona u ovoj strukturi, ove holinergičke ćelije mogu kontrolisati aktivnost dopaminergičkih završetaka koji inervišu neurone srednje veličine sa trnovitim nastavcima (MSN) u nucleus accumbensu.[103] Poznato je da su ovi MSN-ovi (neuroni srednjih bodljikavih dendrita) u nukleusu akumbensu uključeni u nervni put putem kojeg kokain ispoljava svoje djelovanje, jer je utvrđeno da smanjenje promjena u aktivnosti ovih neurona, izazvanih kokainom, inhibira uslovljavanje (klasično uslovljavanje) povezano s kokainom. Nekolicina holinergičkih neurona prisutnih u nukleusu akumbensu mogla bi predstavljati pogodne mete za farmakoterapiju u liječenju zavisnosti od kokaina.[50]

Prefrontalni korteks

[uredi | uredi izvor]
Kafezi za pacove opremljeni optogenetskim LED komutatorima koji omogućavaju proučavanje ponašanja životinja in vivo tokom optogenetskih stimulacija.

Zapisi dobijeni in vivo i in vitro u Laboratoriji za optofiziologiju Univerziteta Colorado u Boulderu (voditelj: dr. Donald C. Cooper) prikazuju pojedinačne piramidne neurone u prefrontalnom korteksu koji eksprimiraju CAMKII AAV-ChR2 i pokazuju visoku vjernost generisanja akcijskih potencijala pri kratkim impulsima plave svjetlosti frekvencije 20 Hz (Slika 1).[42]

Motorni i piriformni korteks

Ponovljena optogenetička stimulacija in vivo kod zdravih životinja na kraju je dovela do pojave napada.[104] Ovaj model nazvan je optokindling. In vitro studije otkrile su gubitak povratne inhibicije u piriformnom krugu uslijed poremećene sinteze GABA-e.[105]

Srce

[uredi | uredi izvor]

Optogenetika je primijenjena na atrijalne kardiomiocite kako bi se pomoću svjetlosti zaustavile aritmije uzrokovane spiralnim talasima, kakve se javljaju kod atrijske fibrilacije.[106] Ova metoda je još uvijek u fazi razvoja. Nedavna studija istraživala je mogućnosti optogenetike kao metode za korigovanje aritmija i resinhronizaciju srčanog ritma. U okviru studije, kanalrodopsin-2 je uveden u kardiomiocite u području komora srca transgenih miševa, a provedena su i *in vitro* ispitivanja fotostimulacije na uzorcima tkiva ovih životinja. Fotostimulacija je dovela do pojačane aktivacije ćelija, a time i do snažnijih kontrakcija komora, što je rezultiralo ubrzanjem srčanog ritma. Pored toga, ovaj pristup je primijenjen u terapiji srčane resinhronizacije (CRT) kao novi biološki pejsmejker, kao zamjena za konvencionalnu CRT zasnovanu na elektrodama.[107] U posljednje vrijeme optogenetika primjenjuje se na srcu za defibrilaciju ventrikulskih aritmija putem lokalnog epikardijalnog osvjetljavanja,[108] generaliziranog osvjetljavanja cijelog srca [109] ili uz prilagođene obrasce stimulacije zasnovane na aritmogenim mehanizmima, radi smanjenja energije defibrilacije.[110]

Spiralna ganglija

[uredi | uredi izvor]

Optogenetička stimulacija spiralne ganglije kod gluhih miševa obnovila je slušnu aktivnost.[111] Optogenetička primjena na spužničnu regiju omogućava stimulaciju ili inhibiciju spiralnih ganglijskih ćelija (SGN). Pored toga, zbog karakteristika potencijala mirovanja SGN-ova, korištene su različite varijante proteina kanalrodopsina-2, kao što je Chronos,[112] CatCh i f-Chrimson.[113] Varijante Chronos i CatCh posebno su korisne jer kraće vrijeme provode u deaktiviranom stanju, što omogućava veću aktivnost uz emitovanje kraćih bljeskova plave svjetlosti. Pored toga, upotreba modifikovanih kanala sa pomakom spektra ka crvenoj oblasti, poput f-Chrimsona, omogućava stimulaciju pomoću dužih talasnih dužina, čime se dugoročno smanjuje rizik od fototoksičnosti, bez narušavanja brzine otvaranja i zatvaranja kanala.[114] Rezultat toga bio bi da LED dioda koja proizvodi svjetlost zahtijeva manje energije, čime bi ideja o pužničnim protezama u kombinaciji s fotostimulacijom postala izvodljivija.[115]

Moždano stablo

[uredi | uredi izvor]

Optogenetička stimulacija modificiranog kanalerodopsina (ReaChR), koji se aktivira crvenim svjetlom i eksprimira u facijalnom motornom jezgru, omogućila je minimalno invazivnu aktivaciju motornih neurona, sposobnih da pokrenu vibrise kod miševa.[116] Jedna inovativna studija primijenila je optogenetiku na dorzalnom jezgru rafa (Dorsal Raphe Nucleus), kako bi se aktiviralo i inhibiralo oslobađanje dopamina u ventralnom tegmentalnom području. Za postizanje aktivacije, transgeni miševi tretirani su konstruktom koji sadrži kanalrodopsin-2 (ChR2) i TH-Cre promotor, dok je za inhibiciju korištena hiperpolarizirajuća opsinska molekula NpHR, u kombinaciji s TH-Cre promotorom. Rezultati su pokazali da optička aktivacija dopaminergičkih neurona dovodi do povećanja socijalnih interakcija, dok njihova inhibicija smanjuje potrebu za socijalizacijom, ali samo nakon perioda izolacije.[117]

Vizuelni sistem

[uredi | uredi izvor]

Proučavanje vizuelnog sistema primjenom optogenetike može biti izazovno. Naime, svjetlost koja se koristi za optogenetičku kontrolu može dovesti do aktivacije fotoreceptora, uslijed blizine primarnih vizuelnih krugova i tih fotoreceptora. U tom slučaju, teško je postići prostornu selektivnost (posebno kod optičkog režnja muhe). Stoga proučavanje vizuelnog sistema zahtijeva spektarsko razdvajanje, uz upotrebu kanala koje aktiviraju talasne dužine svjetlosti različite od onih koje aktiviraju rodopsine unutar fotoreceptora (maksimalna aktivacija na 480 nm za rodopsin 1 kod vrsta roda Drosophila). CsChrimson sa pomakom ka crvenom dijelu spektra [118] ili bistabilni kanalni rodopsin [119] koriste se za optogenetsku aktivaciju neurona (tj. depolarizaciju), jer oba omogućavaju spektarsko razdvajanje. Da bi se postiglo utišavanje neurona (tj. hiperpolarizacija), anionski kanal rodopsin otkriven u vrsti kriptofitnih algi Guillardia theta (nazvan GtACR1)[120] može se koristiti. GtACR1 je osjetljiviji na svjetlost od drugih inhibitornih kanala, poput halorodopsina (klase hloridnih pumpi), te omogućava snažnu provodljivost. Budući da je njegov vrhunac aktivacije (515 nm) blizak onom kod rodopsina 1, neophodno je pažljivo kalibrirati optogenetičko osvjetljenje, kao i vizuelni stimulus. Faktori koje treba uzeti u obzir uključuju talasnu dužinu optogenetičkog osvjetljenja (po mogućnosti veću od vrhunca aktivacije GtACR1), veličinu stimulusa (kako bi se izbjegla aktivacija kanala svjetlošću stimulusa) i intenzitet optogenetičkog osvjetljenja. Pokazalo se da GtACR1 može biti koristan inhibitorni alat u optogenetičkom proučavanju vizuelnog sistema vinske mušice (Drosophila) putem utišavanja ekspresije T4/T5 neurona.[121] Ova istraživanja mogu se provoditi i na intaktnim životinjama tokom izvođenja određenih radnji, naprimjer radi ispitivanja optomotornog odgovora.

Senzomotorni sistem

[uredi | uredi izvor]

Optogenetička inhibicija ili aktivacija neurona omogućava ispitivanje njihove neophodnosti, odnosno dovoljnosti, za generisanje određenog ponašanja.[122] Koristeći ovaj pristup, istraživači mogu analizirati neuronske sklopove koji kontrolišu motorni izlaz. Izazivanjem promjena u aktivnosti neurona na različitim mjestima unutar senzomotornog sistema, istraživači su stekli saznanja o ulozi silaznih neurona u pokretanju stereotipnih oblika ponašanja,[123] kako lokalizovani taktilni senzorni input [124] i aktivnost interneurona [125] mijenja lokomociju i ulogu Purkinjeovih ćelija u generisanju i modulaciji pokreta.[126] Ovo je moćna tehnika za razumijevanje neuronskih osnova lokomocija životinja i [[kretanje|kretanja] u širem smislu.

Precizna vremenska kontrola intervencija

[uredi | uredi izvor]

Trenutno dostupni optogenetički efektori omogućavaju preciznu vremensku kontrolu željene intervencije (tj. inhibicije ili ekscitacije ciljnih neurona), uz preciznost koja rutinski dostiže nivo milisekunde.[127] Međutim, vremenska preciznost varira među optogenetskim aktuatorima,[128] i zavisi od učestalosti i intenziteta stimulacije.[81] Sada se mogu osmisliti eksperimenti u kojima se svjetlost korištena za intervenciju aktivira određenim elementom ponašanja (radi inhibicije tog ponašanja), određenim bezuslovnim stimulusom (radi povezivanja nečega s tim stimulusom) ili određenim oscilatornim događajem u mozgu (radi inhibicije tog događaja).[129][130] Ovakav pristup već je korišten u nekoliko moždanih regija:

Hipokampus

[uredi | uredi izvor]

Kompleksi oštrih talasa i talasanja (SWR) različiti su visokofrekventni oscilatorni događaji u hipokampusu, za koje se smatra da imaju ulogu u formiranju i konsolidaciji pamćenja. Ovi događaji mogu se lahko detektovati, praćenjem oscilatornih ciklusa online snimljenog potencijala lokalnog polja. Na ovaj način, početak događaja može se koristiti kao okidački signal za svjetlosni bljesak koji se vodi nazad u hipokampus kako bi se inhibirali neuroni specifično tokom SWR-ova, a također i da se optogenetski inhibira sama oscilacija.[131] Ovakve vrste eksperimenata sa „zatvorenom petljom” korisne su za proučavanje SWR kompleksa i njihove uloge u pamćenju.

Ćelijska biologija/putevi ćelijske signalizacije

[uredi | uredi izvor]
Optogenetička kontrola ćelijskih sila i indukcija mehanotransdukcije.[132] Prikazane ćelije podvrgnute su snimanju u trajanju od jednog sata, uz istovremeno izlaganje plavoj svjetlosti koja pulsira svakih 60 sekundi. To je također naznačeno bljeskanjem plave tačke na slici. Ćelija miruje jedan sat bez aktivacije svjetlošću, nakon čega se ciklus ponavlja. Umetnuti kvadrat prikazuje uvećano jedro ćelije.

Slično tome kako prirodni ionski kanali kontrolisani svjetlošću, poput kanalrodopsina-2, omogućavaju optičku kontrolu toka iona – što je posebno korisno u neuronauci – prirodni proteini za transdukciju signala kontrolisani svjetlošću također omogućavaju optičku kontrolu biohemijskih puteva, uključujući stvaranje sekundarnih glasnika i interakcije između proteina, što je posebno korisno u proučavanju biologije ćelije i razvojne biologije.[133] U 2002., prvi primjer upotrebe fotoproteina iz drugog organizma za kontrolu biohemijskog puta demonstriran je korištenjem interakcije između biljnog fitohroma i faktora koji interaguje s fitohromom (PIF), izazvane svjetlošću, radi kontrole transkripcije gena u kvascu.[2] Spajanjem fitohroma sa domenom za vezivanje za DNK, a PIF-a sa domenom za aktivaciju transkripcije, svjetlošću mogla se indukovati transkripcija gena koje prepoznaje domen za vezivanje za DNK.[2] Ova studija nagovijestila je aspekte kasnijeg razvoja optogenetike u mozgu, naprimjer, sugerišući da „usmjerena isporuka svjetlosti putem optičkih vlakana ima potencijal da cilja odabrane ćelije ili tkiva, čak i unutar većih, manje prozirnih organizama”.[2] U stručnoj literaturi ne postoji saglasnost o tome da li bi kontrolu ćelijske biohemije pomoću fotoproteina trebalo uključiti u definiciju optogenetike, s obzirom na to da se taj termin u uobičajenoj upotrebi posebno odnosi na kontrolu aktivnosti neurona pomoću opsina,[134][135][136][137] i budući da kontrola neuronskog aktiviranja pomoću opsina nastaje naknadno i koristi različite mehanizme od kontrole ćelijske biohemije pomoću fotoproteina.[133]

Fotosenzitivni proteini koji se koriste u različitim ćelijskim signalnim putevima

[uredi | uredi izvor]

Pored fitohroma, koji se nalaze u biljkama i cijanobakterijama, LOV domeni (domen osjetljiv na napon svjetlosti-kisika) iz biljaka i kvasca i kriptohromni domeni iz biljaka su drugi prirodni fotosenzorni domeni koji su korišteni za optičku kontrolu biohemijskih puteva u ćelijama.[138][133] Pored toga, od fluorescentnog proteina Dronpa konstruisan je sintetski fotosenzorni domen za optičku kontrolu biohemijskih puteva.[133] Kod fotosenzornih domena, apsorpcija svjetlosti je povezana ili sa promjenom interakcija između proteina (u slučaju fitohroma, pojedinih LOV domena, kriptohroma i mutanata proteina Dronpa) ili sa konformacijskom promjenom koja izlaže povezani proteinski segment ili mijenja aktivnost povezanog proteinskog domena (u slučaju fitohroma i pojedinih LOV domena).[133] Interakcije između proteina regulisane svjetlošću mogu se zatim koristiti za regrutovanje proteina na DNK, naprimjer radi indukcije transkripcije gena ili modifikacija DNK, ili na plazmamembranu, naprimjer radi aktivacije rezidentnih signalnih proteina.[132][139][140][141][142][143] CRY2 također formira klastere kada je aktivan, stoga je spojen sa signalnim domenima i naknadno fotoaktiviran kako bi se omogućila aktivacija zasnovana na formiranju klastera.[144] LOV2 domen vrste Avena sativa (obična zob) korišten je za izlaganje kratkih peptida ili aktivnog proteinskog domena na način zavisan od svjetlosti.[145][146][147] Unošenje ovog LOV domena u drugi protein može regulisati funkciju putem poremećaja strukture peptida izazvanog svjetlošću.[148] Protein asLOV2, koji optogenetski izlaže peptid, također je korišten kao skela za nekoliko sintetičkih sistema dimerizacije indukovane svjetlošću i disocijacije indukovane svjetlošću (iLID, odnosno LOVTRAP).[149][150] Ovi sistemi mogu se koristiti za kontrolu proteina putem strategije cijepanja proteina.[151] Fotodisocijabilni Dronpa domeni također su korišteni za zatvaranje aktivnog mjesta proteina u mraku, njegovo oslobađanje nakon osvjetljavanja cijan svjetlošću te ponovno zatvaranje nakon osvjetljavanja ljubičastom svjetlošću.[152]

Vremenska kontrola transdukcije signala pomoću svjetlosti

[uredi | uredi izvor]

Istražuje se mogućnost optičke kontrole signala različitog trajanja kako bi se razjasnilo na koji način putevi ćelijskog signaliziranja pretvaraju trajanje signala i odgovor u različite ishode.[153] Prirodne signalne kaskade sposobne su odgovoriti različitim ishodima na razlike u vremenu, trajanju i dinamici podražaja.[154] Naprimjer, tretiranje PC12 ćelija epidermnim faktorom rasta (EGF, koji indukuje prolazni profil ERK aktivnosti) dovodi do ćelijske proliferacije, dok uvođenje faktora rasta nerava (NGF, koji indukuje trajni profil ERK aktivnosti) dovodi do diferencijacije u ćelije nalik neuronima.[[155] Ovo ponašanje prvobitno je okarakterisano primjenom EGF-a i NGF-a, ali je nalaz djelimično repliciran upotrebom optičkih ulaza.[156] Pored toga, otkrivena je brza petlja negativne povratne sprege u signalnom putu RAF-MEK-ERK, primjenom pulsne aktivacije fotopreklopivog RAF-a, modifikovanog ugradnjom fotodisocijabilnih Dronpa domena.[152]

Optogenetička fotostimulacija šumom

[uredi | uredi izvor]

Istraživačka grupa profesora Eliasa Manjarreza uvela je optogenetičku fotostimulaciju šumom.[157][158][159] Ovo je tehnika koja koristi nasumičnu, šumom praćenu svjetlost za aktivaciju neurona koji eksprimiraju ChR2. Optimalan nivo optogenetičke fotostimulacije šumom može povećati somatosenzorna evocirana poljska potencijala, frekvenciju okidanja piramidalnih neurona kao odgovor na somatosenzornu stimulaciju, te amplitudu natrijeve struje.

Nagrade

[uredi | uredi izvor]

Godine 2010. interdisciplinarni istraživački časopis proglasio je optogenetiku „metodom godine” u svim oblastima nauke i inženjerstva. Nature Methods[160] i istaknut je u akademskom naučnom časopisu Science u okviru teme „Naučna otkrića decenije”.[161][162][136] Iste godine, Georgu Nagelu, Peteru Hegemannu i Ernstu Bambergu dodijeljena je Wileyjeva nagrada za biomedicinske nauke.[163] and were among those awarded the Karl Heinz Beckurts Prize.[164] Pored toga, Karl Deisseroth dobio je prvu HFSP Nakasone nagradu za „svoj pionirski rad na razvoju optogenetičkih metoda za proučavanje funkcije neuronskih mreža koje leže u osnovi ponašanja”.[165]

U 2012, Bamberg, Deisseroth, Hegemann i Nagel dobili su Zülchovu nagradu od strane Društva Maxa Plancka,[166] a Miesenböck je nagrađen nagradom Baillet Latour za zdravstvo jer je „uveo pionirske optogenetičke pristupe za manipulaciju neuronskom aktivnošću i kontrolu ponašanja životinja”.[167]

U 2013., Georg Nagel and Hegemann bili su među dobitnicima Nagrade Louis-Jeantet za medicinu].[168] Također te godine, Bamberg, Boyden, Deisseroth, Hegemann, Miesenböck i Georg Nagel zajednički su nagrađeni nagradom "The Brain Prize" za "njihov izum i usavršavanje optogenetike".[169][170]

U 2017., Deisseroth dobio je istraživačku nagradu „Else Kröner-Fresenius” za „svoja otkrića u optogenetici i hemiji interakcije hidrogelova i tkiva, kao i za istraživanje osnova neuronskih krugova kod depresije”.[171]

U 2018, the Foundacija Inamori uručio Deisserothu Kyoto nagradu za „predvođenje razvoja optogenetike” i „revolucioniranje istraživanja u oblasti sistemske neuronauke”.[172]

U 2019., Bambergu, Boydenu, Deisserothu, Hegemannu, Miesenböcku i Georgu Nagelu Američka akademija umjetnosti i nauka dodijelila je Rumfordovu nagradu u znak priznanja za „njihov izuzetan doprinos vezan za izum i usavršavanje optogenetike”.[173] U 2020., Deisseroth nagrađen je Heinekenovom nagradom za medicinu od Kraljevske nizozemske akademije nauka i umjetnosti, za razvoj optogenetike i hemije hidrogelova i tkiva.[174] Iste godine, Miesenböck, Hegemann i Georg Nagel zajednički su dobili Shawovu nagradu za prirodne nauke i medicinu.[175]

U 2021., Hegemann, Deisseroth i Dieter Oesterhelt dobio je Nagradu Albert Lasker za temeljna medicinska istraživanja.

Godine 2022. Medicinski centar Irving Univerziteta Columbia dodijelio je nagradu Louisa Gross Horwitz Deisserothu, Hegemannu i Miesenböcku za njihovo istraživanje koje je u konačnici postavilo temelje za oblast optogenetike.[176] Godine 2026. Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu dodijeljena je Karlu Deisserothu, Peteru Hegemannu i Georgu Nagelu „za njihova otkrića u vezi s ionskim kanalima kontrolisanim svjetlošću i optogenetikom”.[177]

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ↑ Lu, Qi; Sun, Yaru; Liang, Zhengbing; Zhang, Yi; Wang, Zhigang; Mei, Qingsong (2024-06-04). "Nano-optogenetics for Disease Therapies". ACS Nano. 18 (22): 14123–14144. Bibcode:2024ACSNa..1814123L. doi:10.1021/acsnano.4c00698. ISSN 1936-086X. PMID 38768091 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  2. 1 2 3 4 Shimizu-Sato S, Huq E, Tepperman JM, Quail PH (October 2002). "A light-switchable gene promoter system". Nature Biotechnology. 20 (10): 1041–1044. Bibcode:2002NatBi..20.1041S. doi:10.1038/nbt734. PMID 12219076. S2CID 24914960.
  3. ↑ Guo ZV, Li N, Huber D, Ophir E, Gutnisky D, Ting JT, et al. (January 2014). "Flow of cortical activity underlying a tactile decision in mice". Neuron. 81 (1): 179–194. doi:10.1016/j.neuron.2013.10.020. PMC 3984938. PMID 24361077.
  4. ↑ Lak A, Okun M, Moss MM, Gurnani H, Farrell K, Wells MJ, et al. (February 2020). "Dopaminergic and Prefrontal Basis of Learning from Sensory Confidence and Reward Value". Neuron. 105 (4): 700–711.e6. doi:10.1016/j.neuron.2019.11.018. PMC 7031700. PMID 31859030.
  5. ↑ Liu X, Ramirez S, Pang PT, Puryear CB, Govindarajan A, Deisseroth K, Tonegawa S (March 2012). "Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall". Nature. 484 (7394): 381–385. Bibcode:2012Natur.484..381L. doi:10.1038/nature11028. PMC 3331914. PMID 22441246.
  6. ↑ Tanaka R, Higuchi T, Kohatsu S, Sato K, Yamamoto D (November 2017). "Optogenetic Activation of the fruitless-Labeled Circuitry in Drosophila subobscura Males Induces Mating Motor Acts". The Journal of Neuroscience. 37 (48): 11662–11674. doi:10.1523/JNEUROSCI.1943-17.2017. PMC 6705751. PMID 29109241.
  7. ↑ Stamatakis AM, Stuber GD (November 2012). "Optogenetic strategies to dissect the neural circuits that underlie reward and addiction". Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 2 (11). doi:10.1101/cshperspect.a011924. PMC 3543095. PMID 23043156.
  8. ↑ 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 (ured.). "Closed-loop optogenetic activation of peripheral or central neurons modulates feeding in freely moving Drosophila". eLife. 8. doi:10.7554/eLife.45636. ISSN 2050-084X. PMC 6668987. PMID 31322499.
  9. ↑ Feng, Kai; Sen, Rajyashree; Minegishi, Ryo; Dübbert, Michael; Bockemühl, Till; Büschges, Ansgar; Dickson, Barry J. (2020-12-02). "Distributed control of motor circuits for backward walking in Drosophila". Nature Communications (jezik: engleski). 11 (1): 6166. Bibcode:2020NatCo..11.6166F. doi:10.1038/s41467-020-19936-x. ISSN 2041-1723. PMC 7710706. PMID 33268800. S2CID 227255627.
  10. 1 2 3 Sahel JA, Boulanger-Scemama E, Pagot C, Arleo A, Galluppi F, Martel JN, et al. (July 2021). "Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy". Nature Medicine. 27 (7): 1223–1229. doi:10.1038/s41591-021-01351-4. PMID 34031601 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  11. ↑ Lim, Diana; LeDue, Jeffrey; Mohajerani, Majid; Vanni, Matthieu; Murphy, Timothy (2013). "Optogenetic approaches for functional mouse brain mapping". Frontiers in Neuroscience. 7: 54. doi:10.3389/fnins.2013.00054. ISSN 1662-453X. PMC 3622058. PMID 23596383.
  12. ↑ Lee, Candice; Lavoie, Andreanne; Liu, Jiashu; Chen, Simon X.; Liu, Bao-hua (2020). "Light Up the Brain: The Application of Optogenetics in Cell-Type Specific Dissection of Mouse Brain Circuits". Frontiers in Neural Circuits. 14. doi:10.3389/fncir.2020.00018. ISSN 1662-5110. PMC 7193678. PMID 32390806.
  13. ↑ Franconville, Romain; Beron, Celia; Jayaraman, Vivek (2018-08-20). VijayRaghavan, K; Scott, Kristin; Heinze, Stanley (ured.). "Building a functional connectome of the Drosophila central complex". eLife. 7. doi:10.7554/eLife.37017. ISSN 2050-084X. PMC 6150698. PMID 30124430.
  14. ↑ 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). "Functional architecture of neural circuits for leg proprioception in Drosophila". Current Biology (jezik: engleski). 31 (23): 5163–5175.e7. Bibcode:2021CBio...31E5163C. doi:10.1016/j.cub.2021.09.035. ISSN 0960-9822. PMC 8665017 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 34637749 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  15. ↑ Crick F (December 1999). "The impact of molecular biology on neuroscience". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 354 (1392): 2021–2025. doi:10.1098/rstb.1999.0541. PMC 1692710. PMID 10670022.
  16. ↑ Hoffmann A, Hildebrandt V, Heberle J, Büldt G (September 1994). "Photoactive mitochondria: in vivo transfer of a light-driven proton pump into the inner mitochondrial membrane of Schizosaccharomyces pombe". 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.
  17. ↑ Nagel, G.; Möckel, B.; Büldt, G.; Bamberg, E. (1995-12-18). "Functional expression of bacteriorhodopsin in oocytes allows direct measurement of voltage dependence of light induced H+ pumping". FEBS Letters. 377 (2): 263–266. Bibcode:1995FEBSL.377..263N. doi:10.1016/0014-5793(95)01356-3. ISSN 0014-5793. PMID 8543064.
  18. ↑ Zemelman BV, Lee GA, Ng M, Miesenböck G (January 2002). "Selective photostimulation of genetically chARGed neurons". Neuron. 33 (1): 15–22. doi:10.1016/S0896-6273(01)00574-8. PMID 11779476. S2CID 16391269.
  19. ↑ Zemelman BV, Nesnas N, Lee GA, Miesenbock G (February 2003). "Photochemical gating of heterologous ion channels: remote control over genetically designated populations of neurons". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (3): 1352–1357. Bibcode:2003PNAS..100.1352Z. doi:10.1073/pnas.242738899. PMC 298776. PMID 12540832.
  20. ↑ Banghart M, Borges K, Isacoff E, Trauner D, Kramer RH (December 2004). "Light-activated ion channels for remote control of neuronal firing". Nature Neuroscience. 7 (12): 1381–1386. doi:10.1038/nn1356. PMC 1447674. PMID 15558062.
  21. ↑ Volgraf M, Gorostiza P, Numano R, Kramer RH, Isacoff EY, Trauner D (January 2006). "Allosteric control of an ionotropic glutamate receptor with an optical switch". Nature Chemical Biology. 2 (1): 47–52. doi:10.1038/nchembio756. PMC 1447676. PMID 16408092.
  22. ↑ Arenkiel BR, Klein ME, Davison IG, Katz LC, Ehlers MD (April 2008). "Genetic control of neuronal activity in mice conditionally expressing TRPV1". Nature Methods. 5 (4): 299–302. doi:10.1038/nmeth.1190. PMC 3127246. PMID 18327266.
  23. ↑ Güler AD, Rainwater A, Parker JG, Jones GL, Argilli E, Arenkiel BR, et al. (March 2012). "Transient activation of specific neurons in mice by selective expression of the capsaicin receptor". Nature Communications. 3. Bibcode:2012NatCo...3..746G. doi:10.1038/ncomms1749. PMC 3592340. PMID 22434189.
  24. ↑ Wang M, Perova Z, Arenkiel BR, Li B (May 2014). "Synaptic modifications in the medial prefrontal cortex in susceptibility and resilience to stress". The Journal of Neuroscience. 34 (22): 7485–7492. doi:10.1523/JNEUROSCI.5294-13.2014. PMC 4035514. PMID 24872553.
  25. 1 2 3 Nagel G, Szellas T, Huhn W, Kateriya S, Adeishvili N, Berthold P, et al. (November 2003). "Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (24): 13940–13945. Bibcode:2003PNAS..10013940N. doi:10.1073/pnas.1936192100. PMC 283525. PMID 14615590.
  26. ↑ Harz H, Hegemann P (1991-06-06). "Rhodopsin-regulated calcium currents in Chlamydomonas". Nature. 351 (6326): 489–491. Bibcode:1991Natur.351..489H. doi:10.1038/351489a0. S2CID 4309593.
  27. ↑ Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, Kateriya S, Musti AM, Bamberg E, Hegemann P (June 2002). "Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae". Science. 296 (5577): 2395–2398. Bibcode:2002Sci...296.2395N. doi:10.1126/science.1072068. PMID 12089443. S2CID 206506942.
  28. ↑ Deisseroth K (September 2015). "Optogenetics: 10 years of microbial opsins in neuroscience". Nature Neuroscience. 18 (9): 1213–1225. doi:10.1038/nn.4091. PMC 4790845. PMID 26308982.
  29. ↑ Boyden ES, Zhang F, Bamberg E, Nagel G, Deisseroth K (September 2005). "Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity". Nature Neuroscience. 8 (9): 1263–1268. doi:10.1038/nn1525. PMID 16116447. S2CID 6809511.
  30. ↑ "He may be the rightful inventor of neuroscience's biggest breakthrough in decades. But you've never heard of him". STAT (jezik: engleski). 1 September 2016. Pristupljeno 9 February 2020.
  31. ↑ Deisseroth, Karl (26 August 2015). "Optogenetics: 10 years of microbial opsins in neuroscience". Nature Neuroscience. 18 (9): 1213–1225. doi:10.1038/nn.4091. PMC 4790845. PMID 26308982.
  32. ↑ Bi A, Cui J, Ma YP, Olshevskaya E, Pu M, Dizhoor AM, Pan ZH (April 2006). "Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration". Neuron. 50 (1): 23–33. doi:10.1016/j.neuron.2006.02.026. PMC 1459045. PMID 16600853.
  33. ↑ Lima SQ, Miesenböck G (April 2005). "Remote control of behavior through genetically targeted photostimulation of neurons". Cell. 121 (1): 141–152. doi:10.1016/j.cell.2005.02.004. PMID 15820685. S2CID 14608546.
  34. 1 2 Li X, Gutierrez DV, Hanson MG, Han J, Mark MD, Chiel H, et al. (December 2005). "Fast noninvasive activation and inhibition of neural and network activity by vertebrate rhodopsin and green algae channelrhodopsin". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (49): 17816–17821. Bibcode:2005PNAS..10217816L. doi:10.1073/pnas.0509030102. PMC 1292990. PMID 16306259.
  35. ↑ Nagel G, Brauner M, Liewald JF, Adeishvili N, Bamberg E, Gottschalk A (December 2005). "Light activation of channelrhodopsin-2 in excitable cells of Caenorhabditis elegans triggers rapid behavioral responses". Current Biology. 15 (24): 2279–2284. Bibcode:2005CBio...15.2279N. doi:10.1016/j.cub.2005.11.032. PMID 16360690. S2CID 7036529.
  36. ↑ Tsien JZ, Chen DF, Gerber D, Tom C, Mercer EH, Anderson DJ, et al. (December 1996). "Subregion- and cell type-restricted gene knockout in mouse brain". Cell. 87 (7): 1317–1326. doi:10.1016/S0092-8674(00)81826-7. PMID 8980237. S2CID 863399.
  37. ↑ Tsien JZ (2016). "Cre-Lox Neurogenetics: 20 Years of Versatile Applications in Brain Research and Counting..." Frontiers in Genetics. 7: 19. doi:10.3389/fgene.2016.00019. PMC 4759636. PMID 26925095.
  38. ↑ Han X, Boyden ES (March 2007). "Multiple-color optical activation, silencing, and desynchronization of neural activity, with single-spike temporal resolution". PLOS ONE. Public Library of Science. 2 (3). Bibcode:2007PLoSO...2..299H. doi:10.1371/journal.pone.0000299. OCLC 678618519. PMC 1808431. PMID 17375185.
  39. ↑ Zhang F, Wang LP, Brauner M, Liewald JF, Kay K, Watzke N, et al. (April 2007). "Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry". Nature. 446 (7136): 633–639. Bibcode:2007Natur.446..633Z. doi:10.1038/nature05744. PMID 17410168. S2CID 4415339.
  40. ↑ Schröder-Lang S, Schwärzel M, Seifert R, Strünker T, Kateriya S, Looser J, et al. (January 2007). "Fast manipulation of cellular cAMP level by light in vivo". Nature Methods. 4 (1): 39–42. doi:10.1038/nmeth975. PMID 17128267. S2CID 10616442.
  41. ↑ Gao S, Nagpal J, Schneider MW, Kozjak-Pavlovic V, Nagel G, Gottschalk A (September 2015). "Optogenetic manipulation of cGMP in cells and animals by the tightly light-regulated guanylyl-cyclase opsin CyclOp". Nature Communications. 6 (1). Bibcode:2015NatCo...6.8046G. doi:10.1038/ncomms9046. PMC 4569695. PMID 26345128.
  42. 1 2 3 Baratta MV, Nakamura S, Dobelis P, Pomrenze MB, Dolzani SD, Cooper DC (2 April 2012). "Optogenetic control of genetically-targeted pyramidal neuron activity in prefrontal cortex" (PDF). Nature Precedings. arXiv:1204.0710. Bibcode:2012arXiv1204.0710B. doi:10.1038/npre.2012.7102.1. S2CID 31641314.
  43. ↑ Husson SJ, Liewald JF, Schultheis C, Stirman JN, Lu H, Gottschalk A (2012). Samuel A (ured.). "Microbial light-activatable proton pumps as neuronal inhibitors to functionally dissect neuronal networks in C. elegans". PLOS ONE. 7 (7). Bibcode:2012PLoSO...740937H. doi:10.1371/journal.pone.0040937. PMC 3397962. PMID 22815873. publikacija otvorenog pristupa - besplatna za čitanje
  44. ↑ Liu Y, LeBeouf B, Guo X, Correa PA, Gualberto DG, Lints R, Garcia LR (March 2011). Goodman MB (ured.). "A cholinergic-regulated circuit coordinates the maintenance and bi-stable states of a sensory-motor behavior during Caenorhabditis elegans male copulation". PLOS Genetics. 7 (3). doi:10.1371/journal.pgen.1001326. PMC 3053324. PMID 21423722. publikacija otvorenog pristupa - besplatna za čitanje
  45. ↑ Deisseroth K. "Optogenetics: Controlling the Brain with Light [Extended Version]". Scientific American. Pristupljeno 2016-11-28.
  46. ↑ Beck S, Yu-Strzelczyk J, Pauls D, Constantin OM, Gee CE, Ehmann N, et al. (2018). "Synthetic Light-Activated Ion Channels for Optogenetic Activation and Inhibition". Frontiers in Neuroscience. 12. doi:10.3389/fnins.2018.00643. PMC 6176052. PMID 30333716.
  47. ↑ Sierra YA, Rost B, Oldani S, Schneider-Warme F, Seifert R, Schmitz D, Hegemann P (November 2018). "Potassium channel-based two component optogenetic tool for silencing of excitable cells". Biophysical Journal. 114 (3): 668a. Bibcode:2018BpJ...114..668A. doi:10.1016/j.bpj.2017.11.3607. hdl:21.11116/0000-0003-4AEF-E.
  48. ↑ Zhao S, Cunha C, Zhang F, Liu Q, Gloss B, Deisseroth K, et al. (August 2008). "Improved expression of halorhodopsin for light-induced silencing of neuronal activity". Brain Cell Biology. 36 (1–4): 141–154. doi:10.1007/s11068-008-9034-7. PMC 3057022. PMID 18931914.
  49. 1 2 Gradinaru V, Thompson KR, Deisseroth K (August 2008). "eNpHR: a Natronomonas halorhodopsin enhanced for optogenetic applications". Brain Cell Biology. 36 (1–4): 129–139. doi:10.1007/s11068-008-9027-6. PMC 2588488. PMID 18677566.
  50. 1 2 3 Witten IB, Lin SC, Brodsky M, Prakash R, Diester I, Anikeeva P, et al. (December 2010). "Cholinergic interneurons control local circuit activity and cocaine conditioning". Science. 330 (6011): 1677–1681. Bibcode:2010Sci...330.1677W. doi:10.1126/science.1193771. PMC 3142356. PMID 21164015.
  51. ↑ Kim JM, Hwa J, Garriga P, Reeves PJ, RajBhandary UL, Khorana HG (February 2005). "Light-driven activation of beta 2-adrenergic receptor signaling by a chimeric rhodopsin containing the beta 2-adrenergic receptor cytoplasmic loops". Biochemistry. 44 (7): 2284–2292. doi:10.1021/bi048328i. PMID 15709741.
  52. ↑ Airan RD, Thompson KR, Fenno LE, Bernstein H, Deisseroth K (April 2009). "Temporally precise in vivo control of intracellular signalling". Nature. 458 (7241): 1025–1029. Bibcode:2009Natur.458.1025A. doi:10.1038/nature07926. PMID 19295515. S2CID 4401796.
  53. ↑ Levskaya A, Weiner OD, Lim WA, Voigt CA (October 2009). "Spatiotemporal control of cell signalling using a light-switchable protein interaction". Nature. 461 (7266): 997–1001. Bibcode:2009Natur.461..997L. doi:10.1038/nature08446. PMC 2989900. PMID 19749742.
  54. ↑ Wu YI, Frey D, Lungu OI, Jaehrig A, Schlichting I, Kuhlman B, Hahn KM (September 2009). "A genetically encoded photoactivatable Rac controls the motility of living cells". Nature. 461 (7260): 104–108. Bibcode:2009Natur.461..104W. doi:10.1038/nature08241. PMC 2766670. PMID 19693014.
  55. ↑ Yazawa M, Sadaghiani AM, Hsueh B, Dolmetsch RE (October 2009). "Induction of protein-protein interactions in live cells using light". Nature Biotechnology. 27 (10): 941–945. doi:10.1038/nbt.1569. PMID 19801976. S2CID 205274357.
  56. ↑ Stierl M, Stumpf P, Udwari D, Gueta R, Hagedorn R, Losi A, et al. (January 2011). "Light modulation of cellular cAMP by a small bacterial photoactivated adenylyl cyclase, bPAC, of the soil bacterium Beggiatoa". The Journal of Biological Chemistry. 286 (2): 1181–1188. Bibcode:2011JBiCh.286.1181S. doi:10.1074/jbc.M110.185496. PMC 3020725. PMID 21030594.
  57. ↑ Ryu MH, Moskvin OV, Siltberg-Liberles J, Gomelsky M (December 2010). "Natural and engineered photoactivated nucleotidyl cyclases for optogenetic applications". The Journal of Biological Chemistry. 285 (53): 41501–41508. Bibcode:2010JBiCh.28541501R. doi:10.1074/jbc.M110.177600. PMC 3009876. PMID 21030591.
  58. ↑ Mahn, Mathias; Saraf-Sinik, Inbar; Patil, Pritish; Pulin, Mauro; Bitton, Eyal; Karalis, Nikolaos; Bruentgens, Felicitas; Palgi, Shaked; Gat, Asaf; Dine, Julien; Wietek, Jonas; Davidi, Ido; Levy, Rivka; Litvin, Anna; Zhou, Fangmin (May 2021). "Efficient optogenetic silencing of neurotransmitter release with a mosquito rhodopsin". Neuron (jezik: engleski). 109 (10): 1621–1635.e8. doi:10.1016/j.neuron.2021.03.013. PMC 7611984. PMID 33979634 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  59. ↑ Wietek, Jonas; Nozownik, Adrianna; Pulin, Mauro; Saraf-Sinik, Inbar; Matosevich, Noa; Malan, Daniela; Brown, Bobbie J.; Dine, Julien; Levy, Rivka (2024). "A bistable inhibitory optoGPCR for multiplexed optogenetic control of neural circuits". Nature Methods. 21 (7): 1275–1287. bioRxiv 10.1101/2023.07.01.547328. doi:10.1038/s41592-024-02285-8. PMC 11239505 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 38811857 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  60. ↑ Lerner TN, Ye L, Deisseroth K (March 2016). "Communication in Neural Circuits: Tools, Opportunities, and Challenges". Cell. 164 (6): 1136–1150. doi:10.1016/j.cell.2016.02.027. PMC 5725393. PMID 26967281.
  61. ↑ Aravanis AM, Wang LP, Zhang F, Meltzer LA, Mogri MZ, Schneider MB, Deisseroth K (September 2007). "An optical neural interface: in vivo control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology". Journal of Neural Engineering. 4 (3): S143–S156. Bibcode:2007JNEng...4S.143A. doi:10.1088/1741-2560/4/3/S02. PMID 17873414. S2CID 1488394.
  62. ↑ Adamantidis AR, Zhang F, Aravanis AM, Deisseroth K, de Lecea L (November 2007). "Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons". Nature. 450 (7168): 420–424. Bibcode:2007Natur.450..420A. doi:10.1038/nature06310. PMC 6744371. PMID 17943086.
  63. 1 2 Gradinaru V, Thompson KR, Zhang F, Mogri M, Kay K, Schneider MB, Deisseroth K (December 2007). "Targeting and readout strategies for fast optical neural control in vitro and in vivo". The Journal of Neuroscience. 27 (52): 14231–14238. doi:10.1523/JNEUROSCI.3578-07.2007. PMC 6673457. PMID 18160630.
  64. ↑ Damestani Y, Reynolds CL, Szu J, Hsu MS, Kodera Y, Binder DK, et al. (November 2013). "Transparent nanocrystalline yttria-stabilized-zirconia calvarium prosthesis". Nanomedicine. 9 (8): 1135–1138. doi:10.1016/j.nano.2013.08.002. PMID 23969102. S2CID 14212180. • Explained by Mohan G (September 4, 2013). "A window to the brain? It's here, says UC Riverside team". Los Angeles Times.
  65. 1 2 Legaria AA, Matikainen-Ankney BA, Yang B, Ahanonu B, Licholai JA, Parker JG, Kravitz AV (August 30, 2022). "Fiber photometry in striatum reflects primarily nonsomatic changes in calcium". Nature Neuroscience. 25 (9): 1124–1128. doi:10.1038/s41593-022-01152-z. PMC 10152879 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 36042311 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  66. ↑ Wentz CT, Bernstein JG, Monahan P, Guerra A, Rodriguez A, Boyden ES (August 2011). "A wirelessly powered and controlled device for optical neural control of freely-behaving animals". Journal of Neural Engineering. 8 (4). Bibcode:2011JNEng...8d6021W. doi:10.1088/1741-2560/8/4/046021. PMC 3151576. PMID 21701058.
  67. ↑ Pama EA, Colzato LS, Hommel B (2013-01-01). "Optogenetics as a neuromodulation tool in cognitive neuroscience". Frontiers in Psychology. 4: 610. doi:10.3389/fpsyg.2013.00610. PMC 3764402. PMID 24046763.
  68. ↑ Vierock, Johannes; Rodriguez-Rozada, Silvia; Dieter, Alexander; Pieper, Florian; Sims, Ruth; Tenedini, Federico; Bergs, Amelie C. F.; Bendifallah, Imane; Zhou, Fangmin; Zeitzschel, Nadja; Ahlbeck, Joachim (2021-07-26). "BiPOLES is an optogenetic tool developed for bidirectional dual-color control of neurons". Nature Communications (jezik: engleski). 12 (1): 4527. Bibcode:2021NatCo..12.4527V. doi:10.1038/s41467-021-24759-5. ISSN 2041-1723. PMC 8313717 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 34312384 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  69. ↑ Zhang F, Gradinaru V, Adamantidis AR, Durand R, Airan RD, de Lecea L, Deisseroth K (March 2010). "Optogenetic interrogation of neural circuits: technology for probing mammalian brain structures". Nature Protocols. 5 (3): 439–456. doi:10.1038/nprot.2009.226. PMC 4503465. PMID 20203662.
  70. ↑ Zeng H, Madisen L (2012-09-05). "Mouse transgenic approaches in optogenetics". Optogenetics: Tools for Controlling and Monitoring Neuronal Activity. Progress in Brain Research. 196. str. 193–213. doi:10.1016/B978-0-444-59426-6.00010-0. ISBN 978-0-444-59426-6. PMC 3433654. PMID 22341327.
  71. ↑ Hsueh, Brian; Chen, Ritchie; Jo, YoungJu; Tang, Daniel; Raffiee, Misha; Kim, Yoon Seok; Inoue, Masatoshi; Randles, Sawyer; Ramakrishnan, Charu; Patel, Sneha; Kim, Doo Kyung; Liu, Tony X.; Kim, Soo Hyun; Tan, Longzhi; Mortazavi, Leili (March 2023). "Cardiogenic control of affective behavioural state". Nature (jezik: engleski). 615 (7951): 292–299. Bibcode:2023Natur.615..292H. doi:10.1038/s41586-023-05748-8. ISSN 1476-4687. PMC 9995271 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 36859543 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  72. ↑ Warden MR, Cardin JA, Deisseroth K (July 2014). "Optical neural interfaces". Annual Review of Biomedical Engineering. 16: 103–129. doi:10.1146/annurev-bioeng-071813-104733. PMC 4163158. PMID 25014785.
  73. ↑ Guru A, Post RJ, Ho YY, Warden MR (July 2015). "Making Sense of Optogenetics". The International Journal of Neuropsychopharmacology. 18 (11). doi:10.1093/ijnp/pyv079. PMC 4756725. PMID 26209858.
  74. ↑ "The Evolution in Freely-Behaving Imaging and Optogenetics Technology". OASIS Implant. Mightex. Pristupljeno 2021-06-03.
  75. ↑ Kim CK, Yang SJ, Pichamoorthy N, Young NP, Kauvar I, Jennings JH, Lerner TN, Berndt A, Lee SY, Ramakrishnan C, Davidson TJ, Inoue M, Bito H, Deisseroth K (2016). "Simultaneous fast measurement of circuit dynamics at multiple sites across the mammalian brain". Nat Methods. 13 (4): 325–8. doi:10.1038/nmeth.3770. PMC 5717315. PMID 26878381.
  76. ↑ Cui G, Jun SB, Jin X, Luo G, Pham MD, Lovinger DM, et al. (June 2014). "Deep brain optical measurements of cell type-specific neural activity in behaving mice". Nature Protocols. 9 (6): 1213–1228. doi:10.1038/nprot.2014.080. PMC 4100551. PMID 24784819.
  77. 1 2 3 4 Zalocusky KA, Fenno LE, Deisseroth K (2013). "Current Challenges in Optogenetics". Society for Neuroscience.
  78. ↑ Heitmann S, Rule M, Truccolo W, Ermentrout B (January 2017). "Optogenetic Stimulation Shifts the Excitability of Cerebral Cortex from Type I to Type II: Oscillation Onset and Wave Propagation". PLOS Computational Biology. 13 (1). Bibcode:2017PLSCB..13E5349H. doi:10.1371/journal.pcbi.1005349. PMC 5295702. PMID 28118355.
  79. ↑ Zhang, Yan-Ping; Oertner, Thomas G (2007). "Optical induction of synaptic plasticity using a light-sensitive channel". Nature Methods (jezik: engleski). 4 (2): 139–141. doi:10.1038/nmeth988. ISSN 1548-7091. PMID 17195846. S2CID 17721823.
  80. ↑ Leergaard TB, Hilgetag CC, Sporns O (2012-05-01). "Mapping the connectome: multi-level analysis of brain connectivity". Frontiers in Neuroinformatics. 6: 14. doi:10.3389/fninf.2012.00014. PMC 3340894. PMID 22557964.
  81. 1 2 Luboeinski J, Tchumatchenko T (September 2020). "Nonlinear response characteristics of neural networks and single neurons undergoing optogenetic excitation". Network Neuroscience. 4 (3): 852–870. doi:10.1162/netn_a_00154. PMC 7888483. PMID 33615093.
  82. ↑ "PyRhO: a virtual optogenetics laboratory". GitHub.
  83. ↑ "Simulation tool for neural networks and single neurons with light-sensitive channels". GitHub.
  84. ↑ Azees, Ajmal (December 2023). "Spread of activation and interaction between channels with multi-channel optogenetic stimulation in the mouse cochlea". Hearing Research. 440. doi:10.1016/j.heares.2023.108911. hdl:11343/344086. PMID 37977051 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  85. ↑ Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K, Thwin MT, Deisseroth K, Kreitzer AC (July 2010). "Regulation of parkinsonian motor behaviours by optogenetic control of basal ganglia circuitry". Nature. 466 (7306): 622–626. Bibcode:2010Natur.466..622K. doi:10.1038/nature09159. PMC 3552484. PMID 20613723.
  86. ↑ Gradinaru V, Mogri M, Thompson KR, Henderson JM, Deisseroth K (April 2009). "Optical deconstruction of parkinsonian neural circuitry". Science. 324 (5925): 354–359. Bibcode:2009Sci...324..354G. CiteSeerX 10.1.1.368.668. doi:10.1126/science.1167093. PMC 6744370. PMID 19299587.
  87. ↑ Cardin JA, Carlén M, Meletis K, Knoblich U, Zhang F, Deisseroth K, et al. (June 2009). "Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses". Nature. 459 (7247): 663–667. Bibcode:2009Natur.459..663C. doi:10.1038/nature08002. PMC 3655711. PMID 19396156.
  88. ↑ Sohal VS, Zhang F, Yizhar O, Deisseroth K (June 2009). "Parvalbumin neurons and gamma rhythms enhance cortical circuit performance". Nature. 459 (7247): 698–702. Bibcode:2009Natur.459..698S. doi:10.1038/nature07991. PMC 3969859. PMID 19396159.
  89. ↑ Tsai HC, Zhang F, Adamantidis A, Stuber GD, Bonci A, de Lecea L, Deisseroth K (May 2009). "Phasic firing in dopaminergic neurons is sufficient for behavioral conditioning". Science. 324 (5930): 1080–1084. Bibcode:2009Sci...324.1080T. doi:10.1126/science.1168878. PMC 5262197. PMID 19389999.
  90. ↑ Zimmer C (24 May 2021). "Scientists Partially Restored a Blind Man's Sight With New Gene Therapy". The New York Times. Pristupljeno 25 May 2021.
  91. ↑ Haubensak W, Kunwar PS, Cai H, Ciocchi S, Wall NR, Ponnusamy R, et al. (November 2010). "Genetic dissection of an amygdala microcircuit that gates conditioned fear". Nature. 468 (7321): 270–276. Bibcode:2010Natur.468..270H. doi:10.1038/nature09553. PMC 3597095. PMID 21068836.
  92. ↑ Johansen JP, Hamanaka H, Monfils MH, Behnia R, Deisseroth K, Blair HT, LeDoux JE (July 2010). "Optical activation of lateral amygdala pyramidal cells instructs associative fear learning". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (28): 12692–12697. Bibcode:2010PNAS..10712692J. doi:10.1073/pnas.1002418107. PMC 2906568. PMID 20615999.
  93. ↑ Jasnow AM, Ehrlich DE, Choi DC, Dabrowska J, Bowers ME, McCullough KM, et al. (June 2013). "Thy1-expressing neurons in the basolateral amygdala may mediate fear inhibition". The Journal of Neuroscience. 33 (25): 10396–10404. doi:10.1523/JNEUROSCI.5539-12.2013. PMC 3685835. PMID 23785152.
  94. ↑ Dias BG, Banerjee SB, Goodman JV, Ressler KJ (June 2013). "Towards new approaches to disorders of fear and anxiety". Current Opinion in Neurobiology. 23 (3): 346–352. doi:10.1016/j.conb.2013.01.013. PMC 3672317. PMID 23402950.
  95. ↑ Karalis N, Dejean C, Chaudun F, Khoder S, Rozeske RR, Wurtz H, et al. (April 2016). "4-Hz oscillations synchronize prefrontal-amygdala circuits during fear behavior". Nature Neuroscience. 19 (4): 605–612. doi:10.1038/nn.4251. PMC 4843971. PMID 26878674.
  96. ↑ Ding, Wenyu; De Almeida, Alisson Pinto; Wang, Wenkang; Qu, Chunyu; Klein, Rüdiger (2026-02-05). "Central amygdala Isl1 neurons control biting by integrating sensory and motivational signals" (jezik: engleski). bioRxiv 10.64898/2026.02.03.703447 Provjerite vrijednost |biorxiv= (pomoć). |biorxiv= neophodan (pomoć)
  97. ↑ Li, Siyu; Feng, Xiaoli; Bian, Hui (2022). "Optogenetics: Emerging strategies for neuropathic pain treatment". Frontiers in Neurology. 13. doi:10.3389/fneur.2022.982223. ISSN 1664-2295. PMC 9758006 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 36536805 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  98. ↑ Moon, Hyeong Cheol; Park, Young Seok (2022-01-01). "Optogenetic Stimulation of the Anterior Cingulate Cortex Modulates the Pain Processing in Neuropathic Pain: A Review". Journal of Molecular Neuroscience (jezik: engleski). 72 (1): 1–8. doi:10.1007/s12031-021-01898-4. ISSN 1559-1166. PMID 34505976 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  99. ↑ Narcisse, Darryl; Tripathy, Ashutosh; Benkowski, Robert; Mohanty, Samarendra (2022-07-01). "ID:16598 Optogenetic Modulation of the Central Nervous System for Acute and Chronic Pain". Neuromodulation: Technology at the Neural Interface. Abstracts from the 2022 North American Neuromodulation Society's Annual Meeting. 25 (5, Supplement): S107. doi:10.1016/j.neurom.2022.02.125. ISSN 1094-7159.
  100. ↑ Shusterman R, Smear MC, Koulakov AA, Rinberg D (July 2011). "Precise olfactory responses tile the sniff cycle". Nature Neuroscience. 14 (8): 1039–1044. doi:10.1038/nn.2877. PMC 13348895 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 21765422. S2CID 5194595.
  101. ↑ Smith RS, Hu R, DeSouza A, Eberly CL, Krahe K, Chan W, Araneda RC (July 2015). "Differential Muscarinic Modulation in the Olfactory Bulb". The Journal of Neuroscience. 35 (30): 10773–10785. doi:10.1523/JNEUROSCI.0099-15.2015. PMC 4518052. PMID 26224860.
  102. ↑ Patterson MA, Lagier S, Carleton A (August 2013). "Odor representations in the olfactory bulb evolve after the first breath and persist as an odor afterimage". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (35): E3340–E3349. Bibcode:2013PNAS..110E3340P. doi:10.1073/pnas.1303873110. PMC 3761593. PMID 23918364.
  103. ↑ Tecuapetla F, Patel JC, Xenias H, English D, Tadros I, Shah F, et al. (May 2010). "Glutamatergic signaling by mesolimbic dopamine neurons in the nucleus accumbens". The Journal of Neuroscience. 30 (20): 7105–7110. doi:10.1523/JNEUROSCI.0265-10.2010. PMC 3842465. PMID 20484653.
  104. ↑ Cela E, McFarlan AR, Chung AJ, Wang T, Chierzi S, Murai KK, Sjöström PJ (March 2019). "An Optogenetic Kindling Model of Neocortical Epilepsy". Scientific Reports. 9 (1). Bibcode:2019NatSR...9.5236C. doi:10.1038/s41598-019-41533-2. PMC 6437216. PMID 30918286.
  105. ↑ Ryu B, Nagappan S, Santos-Valencia F, Lee P, Rodriguez E, Lackie M, et al. (April 2021). "Chronic loss of inhibition in piriform cortex following brief, daily optogenetic stimulation". Cell Reports. 35 (3). doi:10.1016/j.celrep.2021.109001. PMC 8102022 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 33882304.
  106. ↑ Bingen BO, Engels MC, Schalij MJ, Jangsangthong W, Neshati Z, Feola I, et al. (October 2014). "Light-induced termination of spiral wave arrhythmias by optogenetic engineering of atrial cardiomyocytes". Cardiovascular Research. 104 (1): 194–205. doi:10.1093/cvr/cvu179. PMID 25082848.
  107. ↑ Nussinovitch U, Gepstein L (July 2015). "Optogenetics for in vivo cardiac pacing and resynchronization therapies". Nature Biotechnology. 33 (7): 750–754. doi:10.1038/nbt.3268. PMID 26098449. S2CID 1794556.
  108. ↑ Nyns EC, Kip A, Bart CI, Plomp JJ, Zeppenfeld K, Schalij MJ, et al. (July 2017). "Optogenetic termination of ventricular arrhythmias in the whole heart: towards biological cardiac rhythm management". European Heart Journal. 38 (27): 2132–2136. doi:10.1093/eurheartj/ehw574. PMC 5837774. PMID 28011703.
  109. ↑ Bruegmann T, Boyle PM, Vogt CC, Karathanos TV, Arevalo HJ, Fleischmann BK, et al. (October 2016). "Optogenetic defibrillation terminates ventricular arrhythmia in mouse hearts and human simulations". The Journal of Clinical Investigation. 126 (10): 3894–3904. doi:10.1172/JCI88950. PMC 5096832. PMID 27617859.
  110. ↑ Crocini C, Ferrantini C, Coppini R, Scardigli M, Yan P, Loew LM, et al. (October 2016). "Optogenetics design of mechanistically-based stimulation patterns for cardiac defibrillation". Scientific Reports. 6. Bibcode:2016NatSR...635628C. doi:10.1038/srep35628. PMC 5066272. PMID 27748433.
  111. ↑ Hernandez VH, Gehrt A, Reuter K, Jing Z, Jeschke M, Mendoza Schulz A, et al. (March 2014). "Optogenetic stimulation of the auditory pathway". The Journal of Clinical Investigation. 124 (3): 1114–1129. doi:10.1172/JCI69050. PMC 3934189. PMID 24509078.
  112. ↑ Keppeler D, Merino RM, Lopez de la Morena D, Bali B, Huet AT, Gehrt A, et al. (December 2018). "Ultrafast optogenetic stimulation of the auditory pathway by targeting-optimized Chronos". The EMBO Journal. 37 (24). doi:10.15252/embj.201899649. PMC 6293277. PMID 30396994.
  113. ↑ Mager T, Lopez de la Morena D, Senn V, Schlotte J, D Errico A, Feldbauer K, et al. (May 2018). "High frequency neural spiking and auditory signaling by ultrafast red-shifted optogenetics". Nature Communications. 9 (1). Bibcode:2018NatCo...9.1750M. doi:10.1038/s41467-018-04146-3. PMC 5931537. PMID 29717130.
  114. ↑ "Engineering long-wavelength light-driven ion channels to hear the light. Atlas of Science". Pristupljeno 7 November 2019.
  115. ↑ Moser T (October 2015). "Optogenetic stimulation of the auditory pathway for research and future prosthetics". Current Opinion in Neurobiology. 34: 29–36. doi:10.1016/j.conb.2015.01.004. PMID 25637880. S2CID 35199775.
  116. ↑ Lin JY, Knutsen PM, Muller A, Kleinfeld D, Tsien RY (October 2013). "ReaChR: a red-shifted variant of channelrhodopsin enables deep transcranial optogenetic excitation". Nature Neuroscience. 16 (10): 1499–1508. doi:10.1038/nn.3502. PMC 3793847. PMID 23995068.
  117. ↑ Matthews GA, Nieh EH, Vander Weele CM, Halbert SA, Pradhan RV, Yosafat AS, et al. (February 2016). "Dorsal Raphe Dopamine Neurons Represent the Experience of Social Isolation". Cell. 164 (4): 617–631. doi:10.1016/j.cell.2015.12.040. PMC 4752823. PMID 26871628.
  118. ↑ Klapoetke NC, Murata Y, Kim SS, Pulver SR, Birdsey-Benson A, Cho YK, et al. (March 2014). "Independent optical excitation of distinct neural populations". Nature Methods. 11 (3): 338–346. Bibcode:2014NaMet..11..338K. doi:10.1038/nmeth.2836. PMC 3943671. PMID 24509633.
  119. ↑ Berndt A, Yizhar O, Gunaydin LA, Hegemann P, Deisseroth K (February 2009). "Bi-stable neural state switches". Nature Neuroscience. 12 (2): 229–234. doi:10.1038/nn.2247. PMID 19079251. S2CID 15125498.
  120. ↑ Govorunova EG, Sineshchekov OA, Janz R, Liu X, Spudich JL (August 2015). "NEUROSCIENCE. Natural light-gated anion channels: A family of microbial rhodopsins for advanced optogenetics". Science. 349 (6248): 647–650. doi:10.1126/science.aaa7484. PMC 4764398. PMID 26113638.
  121. ↑ Mauss AS, Busch C, Borst A (October 2017). "Optogenetic Neuronal Silencing in Drosophila during Visual Processing". Scientific Reports. 7 (1). Bibcode:2017NatSR...713823M. doi:10.1038/s41598-017-14076-7. PMC 5653863. PMID 29061981.
  122. ↑ Portugues, Ruben; Severi, Kristen E; Wyart, Claire; Ahrens, Misha B (2013-02-01). "Optogenetics in a transparent animal: circuit function in the larval zebrafish". Current Opinion in Neurobiology. Neurogenetics (jezik: engleski). 23 (1): 119–126. doi:10.1016/j.conb.2012.11.001. ISSN 0959-4388. PMID 23246238. S2CID 19906279.
  123. ↑ 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 (ured.). "Optogenetic dissection of descending behavioral control in Drosophila". eLife. 7. doi:10.7554/eLife.34275. ISSN 2050-084X. PMC 6031430. PMID 29943729.
  124. ↑ DeAngelis, Brian D; Zavatone-Veth, Jacob A; Gonzalez-Suarez, Aneysis D; Clark, Damon A (2020-04-22). Calabrese, Ronald L (ured.). "Spatiotemporally precise optogenetic activation of sensory neurons in freely walking Drosophila". eLife. 9. doi:10.7554/eLife.54183. ISSN 2050-084X. PMC 7198233. PMID 32319425.
  125. ↑ Bidaye, Salil S.; Laturney, Meghan; Chang, Amy K.; Liu, Yuejiang; Bockemühl, Till; Büschges, Ansgar; Scott, Kristin (2020-11-11). "Two Brain Pathways Initiate Distinct Forward Walking Programs in Drosophila". Neuron (jezik: English). 108 (3): 469–485.e8. doi:10.1016/j.neuron.2020.07.032. ISSN 0896-6273. PMC 9435592 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 32822613. S2CID 221198570.CS1 održavanje: nepoznati jezik (link)
  126. ↑ Heiney, Shane A.; Kim, Jinsook; Augustine, George J.; Medina, Javier F. (2014-02-05). "Precise Control of Movement Kinematics by Optogenetic Inhibition of Purkinje Cell Activity". Journal of Neuroscience (jezik: engleski). 34 (6): 2321–2330. doi:10.1523/JNEUROSCI.4547-13.2014. ISSN 0270-6474. PMC 3913874. PMID 24501371.
  127. ↑ Solari N, Sviatkó K, Laszlovszky T, Hegedüs P, Hangya B (May 2018). "Open Source Tools for Temporally Controlled Rodent Behavior Suitable for Electrophysiology and Optogenetic Manipulations". Frontiers in Systems Neuroscience. 12. doi:10.3389/fnsys.2018.00018. PMC 5962774. PMID 29867383.
  128. ↑ Lin JY (January 2011). "A user's guide to channelrhodopsin variants: features, limitations and future developments". Experimental Physiology. 96 (1): 19–25. doi:10.1113/expphysiol.2009.051961. PMC 2995811. PMID 20621963.
  129. ↑ Grosenick, Logan; Marshel, James H.; Deisseroth, Karl (2015-04-08). "Closed-Loop and Activity-Guided Optogenetic Control". Neuron (jezik: engleski). 86 (1): 106–139. doi:10.1016/j.neuron.2015.03.034. ISSN 0896-6273. PMC 4775736. PMID 25856490.
  130. ↑ Armstrong, Caren; Krook-Magnuson, Esther; Oijala, Mikko; Soltesz, Ivan (2013). "Closed-loop optogenetic intervention in mice". Nature Protocols (jezik: engleski). 8 (8): 1475–1493. doi:10.1038/nprot.2013.080. ISSN 1750-2799. PMC 3988315. PMID 23845961.
  131. ↑ Kovács KA, O'Neill J, Schoenenberger P, Penttonen M, Ranguel Guerrero DK, Csicsvari J (19 Nov 2016). "Optogenetically Blocking Sharp Wave Ripple Events in Sleep Does Not Interfere with the Formation of Stable Spatial Representation in the CA1 Area of the Hippocampus". PLOS ONE. 11 (10). Bibcode:2016PLoSO..1164675K. doi:10.1371/journal.pone.0164675. PMC 5070819. PMID 27760158.
  132. 1 2 Valon L, Marín-Llauradó A, Wyatt T, Charras G, Trepat X (February 2017). "Optogenetic control of cellular forces and mechanotransduction". Nature Communications. 8. Bibcode:2017NatCo...814396V. doi:10.1038/ncomms14396. PMC 5309899. PMID 28186127.
  133. 1 2 3 4 5 Khamo JS, Krishnamurthy VV, Sharum SR, Mondal P, Zhang K (October 2017). "Applications of Optobiology in Intact Cells and Multicellular Organisms". Journal of Molecular Biology. 429 (20): 2999–3017. doi:10.1016/j.jmb.2017.08.015. PMID 28882542.
  134. ↑ Fenno L, Yizhar O, Deisseroth K (2011). "The development and application of optogenetics". Annual Review of Neuroscience. 34: 389–412. doi:10.1146/annurev-neuro-061010-113817. PMC 6699620. PMID 21692661.
  135. ↑ "Method of the Year 2010: Optogenetics". Nature Video. 17 December 2010.
  136. 1 2 Deisseroth K (20 October 2010). "Optogenetics: Controlling the Brain with Light". Scientific American. Springer Nature America, Inc.
  137. ↑ "optogenetics - Search Results" (jezik: engleski). Pristupljeno 2020-02-29.
  138. ↑ Wittmann T, Dema A, van Haren J (October 2020). "Lights, cytoskeleton, action: Optogenetic control of cell dynamics". Current Opinion in Cell Biology. Elsevier Ltd. 66: 1–10. doi:10.1016/j.ceb.2020.03.003. PMC 7577957. PMID 32371345.
  139. ↑ Konermann S, Brigham MD, Trevino A, Hsu PD, Heidenreich M, Cong L, et al. (August 2013). "Optical control of mammalian endogenous transcription and epigenetic states". Nature. 500 (7463): 472–476. Bibcode:2013Natur.500..472K. doi:10.1038/nature12466. PMC 3856241. PMID 23877069.
  140. ↑ Leung DW, Otomo C, Chory J, Rosen MK (September 2008). "Genetically encoded photoswitching of actin assembly through the Cdc42-WASP-Arp2/3 complex pathway". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (35): 12797–12802. Bibcode:2008PNAS..10512797L. doi:10.1073/pnas.0801232105. PMC 2525560. PMID 18728185.
  141. ↑ Toettcher JE, Gong D, Lim WA, Weiner OD (September 2011). "Light-based feedback for controlling intracellular signaling dynamics". Nature Methods. 8 (10): 837–839. doi:10.1038/nmeth.1700. PMC 3184382. PMID 21909100.
  142. ↑ Strickland D, Lin Y, Wagner E, Hope CM, Zayner J, Antoniou C, et al. (March 2012). "TULIPs: tunable, light-controlled interacting protein tags for cell biology". Nature Methods. 9 (4): 379–384. Bibcode:2012NaMet...9..379S. doi:10.1038/nmeth.1904. PMC 3444151. PMID 22388287.
  143. ↑ Idevall-Hagren O, Dickson EJ, Hille B, Toomre DK, De Camilli P (August 2012). "Optogenetic control of phosphoinositide metabolism". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (35): E2316–E2323. Bibcode:2012PNAS..109E2316I. doi:10.1073/pnas.1211305109. PMC 3435206. PMID 22847441.
  144. ↑ Bugaj LJ, Choksi AT, Mesuda CK, Kane RS, Schaffer DV (March 2013). "Optogenetic protein clustering and signaling activation in mammalian cells". Nature Methods. 10 (3): 249–252. doi:10.1038/nmeth.2360. PMID 23377377. S2CID 8737019.
  145. ↑ Lungu OI, Hallett RA, Choi EJ, Aiken MJ, Hahn KM, Kuhlman B (April 2012). "Designing photoswitchable peptides using the AsLOV2 domain". Chemistry & Biology. 19 (4): 507–517. doi:10.1016/j.chembiol.2012.02.006. PMC 3334866. PMID 22520757.
  146. ↑ Wu YI, Frey D, Lungu OI, Jaehrig A, Schlichting I, Kuhlman B, Hahn KM (September 2009). "A genetically encoded photoactivatable Rac controls the motility of living cells". Nature. 461 (7260): 104–108. Bibcode:2009Natur.461..104W. doi:10.1038/nature08241. PMC 2766670. PMID 19693014.
  147. ↑ Smart AD, Pache RA, Thomsen ND, Kortemme T, Davis GW, Wells JA (September 2017). "Engineering a light-activated caspase-3 for precise ablation of neurons in vivo". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (39): E8174–E8183. Bibcode:2017PNAS..114E8174S. doi:10.1073/pnas.1705064114. PMC 5625904. PMID 28893998.
  148. ↑ Dagliyan O, Tarnawski M, Chu PH, Shirvanyants D, Schlichting I, Dokholyan NV, Hahn KM (December 2016). "Engineering extrinsic disorder to control protein activity in living cells". Science. 354 (6318): 1441–1444. Bibcode:2016Sci...354.1441D. doi:10.1126/science.aah3404. PMC 5362825. PMID 27980211.
  149. ↑ Guntas G, Hallett RA, Zimmerman SP, Williams T, Yumerefendi H, Bear JE, Kuhlman B (January 2015). "Engineering an improved light-induced dimer (iLID) for controlling the localization and activity of signaling proteins". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (1): 112–117. Bibcode:2015PNAS..112..112G. doi:10.1073/pnas.1417910112. PMC 4291625. PMID 25535392.
  150. ↑ Wang H, Vilela M, Winkler A, Tarnawski M, Schlichting I, Yumerefendi H, et al. (September 2016). "LOVTRAP: an optogenetic system for photoinduced protein dissociation". Nature Methods. 13 (9): 755–758. doi:10.1038/nmeth.3926. PMC 5137947. PMID 27427858.
  151. ↑ van Haren J, Charafeddine RA, Ettinger A, Wang H, Hahn KM, Wittmann T (March 2018). "Local control of intracellular microtubule dynamics by EB1 photodissociation". Nature Cell Biology. Nature Research. 20 (3): 252–261. doi:10.1038/s41556-017-0028-5. PMC 5826794. PMID 29379139.
  152. 1 2 Zhou XX, Chung HK, Lam AJ, Lin MZ (November 2012). "Optical control of protein activity by fluorescent protein domains". Science. 338 (6108): 810–814. Bibcode:2012Sci...338..810Z. doi:10.1126/science.1226854. PMC 3702057. PMID 23139335.
  153. ↑ Tischer D, Weiner OD (August 2014). "Illuminating cell signalling with optogenetic tools". Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 15 (8): 551–558. doi:10.1038/nrm3837. PMC 4145075. PMID 25027655.
  154. ↑ Purvis JE, Lahav G (February 2013). "Encoding and decoding cellular information through signaling dynamics". Cell. 152 (5): 945–956. doi:10.1016/j.cell.2013.02.005. PMC 3707615. PMID 23452846.
  155. ↑ Santos SD, Verveer PJ, Bastiaens PI (March 2007). "Growth factor-induced MAPK network topology shapes Erk response determining PC-12 cell fate". Nature Cell Biology. 9 (3): 324–330. Bibcode:2007NaCB....9..324S. doi:10.1038/ncb1543. PMID 17310240. S2CID 31709706.
  156. ↑ Toettcher JE, Weiner OD, Lim WA (December 2013). "Using optogenetics to interrogate the dynamic control of signal transmission by the Ras/Erk module". Cell. 155 (6): 1422–1434. doi:10.1016/j.cell.2013.11.004. PMC 3925772. PMID 24315106.
  157. ↑ Huidobro N, Mendez-Fernandez A, Mendez-Balbuena I, Gutierrez R, Kristeva R, Manjarrez E (2017). "Brownian Optogenetic-Noise-Photostimulation on the Brain Amplifies Somatosensory-Evoked Field Potentials". Frontiers in Neuroscience. 11. doi:10.3389/fnins.2017.00464. PMC 5583167. PMID 28912671.
  158. ↑ Huidobro N, De la Torre-Valdovinos B, Mendez A, Treviño M, Arias-Carrion O, Chavez F, et al. (January 2018). "Optogenetic noise-photostimulation on the brain increases somatosensory spike firing responses". Neuroscience Letters. 664: 51–57. doi:10.1016/j.neulet.2017.11.004. PMID 29128628. S2CID 3370851.
  159. ↑ Mabil P, Huidobro N, Torres-Ramirez O, Flores-Hernandez J, Flores A, Gutierrez R, Manjarrez E (2020). "Noisy Light Augments the Na+ Current in Somatosensory Pyramidal Neurons of Optogenetic Transgenic Mice". Frontiers in Neuroscience. 14. doi:10.3389/fnins.2020.00490. PMC 7263390. PMID 32528244.
  160. ↑ Primer on Optogenetics: Pastrana E (2010). "Optogenetics: Controlling cell function with light". Nature Methods. 8 (1): 24–25. doi:10.1038/nmeth.f.323. S2CID 5808517.
    Editorial: "Method of the Year 2010". Nature Methods. 8 (1): 1. 2010. doi:10.1038/nmeth.f.321.
    Commentary: Deisseroth K (January 2011). "Optogenetics". Nature Methods. 8 (1): 26–29. Bibcode:2011NaMet...8...26D. doi:10.1038/nmeth.f.324. PMC 6814250. PMID 21191368.
  161. ↑ News Staff (December 2010). "Insights of the decade. Stepping away from the trees for a look at the forest. Introduction". Science. 330 (6011): 1612–1613. Bibcode:2010Sci...330.1612.. doi:10.1126/science.330.6011.1612. PMID 21163985. S2CID 206593135.
  162. ↑ "Method of the Year 2010: Optogenetics". Nature Video. 17 December 2010.
  163. ↑ Ninth Annual Wiley Prize in Biomedical Sciences Awarded to Dr. Peter Hegemann, Dr. Georg Nagel, and Dr. Ernst Bamberg (wiley.com)
  164. ↑ "Karl Heinz Beckurts-Preis 2010". Karl Heinz Beckurts Foundation.
  165. ↑ "HFSP Nakasone Award 2010". Human Frontier Science Program.
  166. ↑ "International Prize for Translational Neuroscience of the Gertrud Reemtsma Foundation (K.J. Zülch Prize until 2019)". Max Planck Society.
  167. ↑ "InBev-Baillet Latour International Health Prize" (PDF). Fonds de la Recherche Scientifique - FNRS.
  168. ↑ "Louis-Jeantet Prize". Arhivirano s originala, 2020-03-27. Pristupljeno 2020-07-22.
  169. ↑ "The Brain Prize 2013". Arhivirano s originala, 4 October 2013. Pristupljeno 3 October 2013.
  170. ↑ Reiner A, Isacoff EY (October 2013). "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.
  171. ↑ "Else Kröner Fresenius Prize for Medical Research 2017". Else Kröner-Fresenius Foundation.
  172. ↑ "2018 Kyoto Prize Laureate Karl Deisseroth". Zanemaren tekst "website Kyoto Prize" (pomoć)
  173. ↑ "Rumford Prize Awarded for the Invention and Refinement of Optogenetics". American Academy of Arts & Sciences (jezik: engleski). 30 January 2019. Pristupljeno 2019-03-12.
  174. ↑ "2020 Heineken Prize Laureate Karl Deisseroth". Heineken Prizes.
  175. ↑ "2020 Shaw Prize Laureates Miesenböck, Hegemann and Georg Nagel". Shaw Prize. Arhivirano s originala, 5. 10. 2022. Pristupljeno 5. 10. 2026.
  176. ↑ "Karl Deisseroth, Peter Hegemann and Gero Miesenböck Awarded Horwitz Prize for Foundational Work on Optogenetics". Columbia University Irving Medical Center (jezik: engleski). 2022-09-06. Pristupljeno 2026-03-20.
  177. ↑ "Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026". NobelPrize.org (jezik: engleski). Pristupljeno 2026-10-05.

Dodatni izvori

[uredi | uredi izvor]

Vanjski linkovi

[uredi | uredi izvor]

Šablon:Optogenetika Šablon:BCI

Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Optogenetika&oldid=3935863"