化学遗传学与光遗传学:我应该选择哪种方法?

化学致化学和光遗传技术通过给予神经元活动有针对性的控制，推动了神经科学的边界。虽然它们的目的相似，但这两种技术给研究人员提供了不同的优势和局限性。

化学遗传学和光遗传学不同的四个主要因素是:

• 时机
• 有针对性的操作
• 控制刺激
• 侵袭性

因此，选择最好的工具取决于你想要学习什么。

图1:小鼠实验中化学遗传学和光遗传学差异的示意图。两种情况下的病毒传递是相同的，但激活依赖于小分子激活(化学遗传学)或光(光遗传学)。

时机

光遗传学提供了高程度的时间分辨率，因为接收器可以简单地打开或关闭与正确波长的光的存在或缺乏。这种反应是即时的，以毫秒为尺度，并能精确地将神经元的激活与行为联系起来。科学家继续设计视蛋白以越来越快的动力学运行。例如，ChETA视蛋白是一种突变的ChR2视蛋白，它能更快地关闭动力学，并允许神经元更快地重新极化。

Chemogenetics不能提供相同程度的时间控制。因为化学遗传学依赖于化学激活和药物在全身的扩散，受体激活的开始需要几分钟。因此，不可能立即引起反应或追踪激活的确切时间。受体的活动也被拉长，因为药物可以一直存在，直到被身体清除。给药一次可以导致数小时的神经元兴奋或抑制。这种持续的激活期有利于在治疗或行为应用中，需要拖出的效果。

有针对性的操作

光遗传学和化学遗传学工具都可以有它们的表达有针对性的到特定的组织，细胞类型，甚至是神经元的亚细胞区域。光遗传学方法擅长于离散细胞或组织亚区靶向直至光传递的极限。化学发生学方法擅长于广泛的组织或系统范围的靶向，因为配体可以到达全身的靶细胞。

控制刺激

一些研究依赖于向受体传递可逆或不同数量的刺激。光遗传学提供了更好的控制这些因素，因为光源可以很容易和快速地操纵或关闭。在化学遗传学中，虽然可以注射不同浓度的配体，但这并不精确，刺激的抵消是渐进的。

侵袭性

光遗传学和化学遗传学工具都需要传递到细胞，通常通过AAV的病毒传递。你可以找到AAV工具光遗传学和chemogeneticsAddgene网站

光遗传学还要求正确波长的光到达大脑中的受体。解决这一问题的一种方法是与大脑易于接触的生物体合作，如斑马鱼幼虫。然而，在小鼠研究中，需要通过手术安装永久性颅内植入物，以实现光传输。

化学遗传学具有侵袭性更小和更灵活的优势，因为它依赖于设计配体，可以简单地通过注射引入。使用配体的主要挑战是确保激动剂能够穿越血脑屏障，同时也具有选择性和有效性。一个新的配体布莱恩罗斯实验室和Takafumi Minamimoto的实验室被称为deschloroclozapine(DCZ)已开发以满足这些要求。

博士TL;

如果需要对一小部分神经元进行精确的时空控制，可以使用光遗传学。如果需要对整个电路或整个组织系统进行广泛控制，则使用化学遗传学。请注意，与所有工具一样，这两种方法都有独特的脱靶副作用，在实验设计中应仔细控制这些副作用。

确认

我们感谢布莱恩罗斯实验室以获取对本文的反馈意见，并与我们分享他们的专业知识。

参考文献

Urban DJ, Roth BL (2015) dreadd(设计药物独家激活的设计受体):具有治疗效用的化学遗传工具。药理学和毒理学年度回顾55:399-417。https://doi.org/10.1146/annurev-pharmtox-010814-124803

范杜特，范杜特，范杜特。(2018)。光遗传学和Chemogenetics。《酶学方法》(第181-196页)。https://doi.org/10.1016/bs.mie.2018.01.022

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