OPTOGENETICS: FUNDAMENTAL AND APPLIED ASPECTS

M. P. Kirpichnikov; Кирпичников М. П.; M. A. Ostrovsky; Островский М. А.

doi:10.31857/S0869587323090086

ОПТОГЕНЕТИКА: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ

Авторы: Кирпичников М.П.¹^,2, Островский М.А.²^,3
Учреждения:
1. Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
2. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
3. Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Выпуск: Том 93, № 9 (2023)
Страницы: 798-805
Раздел: ТЕМАТИЧЕСКИЙ ВЫПУСК ПО БИОЛОГИИ
URL: https://journals.rcsi.science/0869-5873/article/view/229390
DOI: https://doi.org/10.31857/S0869587323090086
EDN: https://elibrary.ru/SMSXLA
ID: 229390

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Статья посящена оптогенетике как методу, позволяющему клеткам организма приобретать светочувствительность. Коротко рассматривается история возникновения и развития оптогенетики, обсуждается её роль в изучении как фундаментальных механизмов работы мозга, так и в понимании механизмов ряда неврологических и психических заболеваний, в том числе связанных с потерей памяти.

Авторы уделяют пристальное внимание перспективам клинического применения методов оптогенетики, в первую очередь применительно к офтальмологии. Клинические испытания показали принципиальную возможность оптогенетического протезирования “слепой” сетчатки и частичного восстановления зрительных функций. Приводятся данные об одном из четырёх ведущихся сейчас успешных клинических испытаний. Подробно обсуждаются условия дальнейшего развития технологий оптогенетического протезирования “слепой” сетчатки на последних стадиях нейродегенеративного процесса. Обсуждается вопрос о типе нервных клеток дегенерирующей сетчатки, наиболее перспективных для оптогенетического протезирования. Авторы полагают, что гены зрительных, G-белок-связывающих родопсинов (скорее всего колбочек), запускающие ферментативный каскад усиления светового сигнала, наиболее перспективны для оптогенетического протезирования. При этом не отрицается возможность использования генов генно-модифицированных канальных родопсинов, как показывают клинические испытания.

Ключевые слова

оптогенетка, мозг, оптогенетическое протезирование сетчатки глаза, адено-ассоциированный вирус, биполярные и ганглиозные клетки сетчатки, зрительные родопсины, генно-модифицированные канальные родопсины, клинические испытания.

Об авторах

М. П. Кирпичников

Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kirpichnikov@inbox.ru
Россия, Москва; Россия, Москва

М. А. Островский

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ostrovsky3535@mail.ru
Россия, Москва; Россия, Москва

Список литературы

Famintzin A. Die Wirkung des Lichtes auf die Bewegung der Chlamidomonas pulvisculus Ehr., Euglena viridis Ehr. und Oscillatoria insignis Tw. Mélanges // Biol. Tirés Bull. Acad. Imp. Sci. St.-Pétersb., 1866. 6: 73–93.
Litvin F.F., Sineshchekov O.A., Sineshchekov V.A. Photoreceptor electric potential in the phototaxis of the alga Haematococcus pluvialis // Nature. 1978. № 271. P. 476–478. https://doi.org/10.1038/271476a0
Nagel G., Szellas T., Huhn W. et al. (2003) Channelrhodopsin-2, a directly light gated cation selective membrane channel // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. № 100. P. 13940–13945. https://doi.org/10.1073/pnas.1936192100
Boyden E.S., Zhang F., Bamberg E. et al. (2005) Millisecond timescale, genetically targeted optical control of neural activity // Nat. Neurosci. 2005. № 8. P. 1263–1268. https://doi.org/10.1038/nn1525
Rajalingham R., Sorenson M., Azadi R. et al. (2021). Chronically implantable LED arrays for behavioral optogenetics in primates // Nat. Methods. 2021. № 18. P. 1112–1116. https://doi.org/10.1038/s41592-021-01238-9
Vetere G., Tran L.M., Moberg S. et al. (2019). Memory formation in the absence of experience // Nat. Neurosci. 2019. № 22. P. 933–940. https://doi.org/10.1038/s41593-019-0389-0
Островский М.А., Кирпичников М.П. Перспективы оптогенетического протезирования дегенеративной сетчатки глаза // Биохимия. 2019. Т. 84. № 5. С. 634–647. https://doi.org/10.1134/S0320972519050038
Sahel J.A., Boulanger-Scemama E., Pagot C. et al. Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy // Nat Med. 2021. № 27(7). P. 1223–1229. https://doi.org/10.1038/s41591-021-01351-4
Berry M.H., Holt A., Salari A. et al. (2019) Restoration of high-sensitivity and adapting vision with a cone opsin // Nat. Commun. 2019. № 10 (1). P. 1221. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09124-x
Иджилова О.С., Колотова Д.Е., Смирнова Г.Р. и др. Неселективная экспрессия коротковолнового колбочкового опсина улучшает обучение мышей с дегенерацией сетчатки в задаче с восприятием зрительных стимулов // ДАН: науки о жизни. 2023. Т. 510. С. 297–302. EDN: QHNHBWhttps://doi.org/10.31857/S268673892360005X
Busskamp V., Duebel J., Balya D. et al. Genetic reactivation of cone photoreceptors restores visual responses in retinitis pigmentosa // Science. 2010. № 329(5990). P. 413–417. https://doi.org/10.1126/science.1190897
Ротов А.Ю., Фирсов М.Л. Оптопротезирование биполярных клеток сетчатки // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2022. Т. 58. № 6. С. 457–467.
Berry M.H., Holt A., Salari A. et al. Restoration of high-sensitivity and adapting vision with a cone opsin // Nat. Commun. 2019. № 10 (1). P. 1221. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09124-x