Science首次發現光控陰離子通道

　　億萬年前，當一個真核細胞捕獲了一種紅藻后，Guillardia theta海藻就形成了。近期一組研究人員在這種藻類中發現了首個光控負離子通道：Anion Channel Rhodopsins，并利用這種通道介導神經元沉默，相比于目前已有的最高效光遺傳蛋白，這種新方法只需其千分之一的光強度，而且速度更快。這一研究成果公布在Science雜志上。

　　光敏感通道（channelrhodopsins，ChRs）是一種受光脈沖控制的具有7次跨膜結構的非選擇性陽離子通道蛋白，自1991年從萊茵衣藻中發現后被許多實驗室所關注，由于這一通道可以快速形成光電流，使細胞發生去極化反應的電生理特性，因此已被廣泛應用于神經系統的研究。

　　但是目前發現的50多種藻類ChRs只傳遞引發動作電位的陽離子，只有來自遠古物種和工程藻類中的 ChR可以運輸陰離子，“（ChRs）能相當有效的激活神經元，但神經抑制方面，卻缺乏有效的工具，”來自德州大學醫學院的分子生物學家John Spudich說。

　　為了尋找多樣化ChR，Spudich和他的同事做了多方努力，結果找到了cryptophyte藻類：Guillardia theta，他們分析了Guillardia theta的基因組，克隆了其中組裝ChR的三個基因。之后他們又在人胚腎細胞表達了兩個基因，“我們第一次看到這種不同尋常的大電流。”Spudich說。

　　研究人員發現，這些通道其實是天然存在的陰離子轉運通道，當將它們在大鼠神經元表達到時候，就會比人工工程制作的陰離子通道敏感1000倍。

　　研究人員就將這種通道稱為陰離子通道視紫紅質（Anion Channel Rhodopsins,ACRs），ACRs來源于綠藻的、光控的陰離子通道家族，可使得膜進行高靈敏的、高效的超極化，并可通過其光控氯傳到介導神經元沉默。ARCs嚴格地傳導陰離子，完全排除質子及更大的陽離子，將培養的動物細胞膜進行快速超極化。

　　與目前已有的最高效的光遺傳蛋白，這種新方法只需其千分之一的光強度，而且速度更快。

　　“只有在自然界中才能發現這些神奇的工具，”來自美國韋恩州立大學的Zhuo-Hua Pan說，他也開始嘗試利用這種通道進行實驗了。

　　目前Spudich還在Guillardia theta中不停尋找，他計劃找到更多陰離子通道用于光遺傳學，“還有許多隱芽生物值得研究。”