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[FAQ] Optogenetics

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  1. Optogenetics (옵토제네틱스, 광유전학)이 무엇인가요?
  Optogenetics는 빛(opto)과 유전학(genetics)를 결합한 용어로 빛으로 세포를 자극하여 제어하는 방법입니다. Chlamydomonas라는 녹조류의 세포 표면에 위치하는 세포막 이온채널 단백질인 채널로돕신(Channelrhodopsin)이 빛에 의해 채널이 열리면 이온이 세포내로 유입되면서 신경세포가 흥분함을 발견하였고, 다수의 연구를 통해 이러한 단백질을 동물신경세포에 이식하고 빛을 쪼여주면 뇌의 특정한 뉴런만을 선택하여 흥분시킬 수 있다는 사실을 밝혀내었습니다. 이후 광유전학을 이용하여 뇌신경 세포에서 선택적으로 타겟 단백질을 원격 조종하고 정교하게 제어하는 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 특히 파킨슨병, 정서불안장애, 알츠하이머 질환, 간질 등의 뇌신경연구에 활용되고 있습니다.
  2. Optogenetics의 작용기전은 어떻게 되나요?
  특정 신경세포에서 빛에 반응하는 단백질(예, channelrhodopsin, opsin등)이 발현할 수 있도록 바이러스에 유전자를 삽입하고 이를 실험동물의 뇌에 주입하면 특정 신경세포에 유전자가 전달됩니다. 광섬유를 실험동물의 뇌에 연결하고 특정 파장의 빛을 쐬어주면 단백질과 타겟 신경세포들이 반응하며, 이를 신경신호 측정 장치를 통해 측정하고 기록합니다. 
  3. 신경활성 조절에 이용되는 광단백질은 어떤것들이 있습니까?
  • channelrhodopsin (ChR) : 청색광에 반응
• halorhodopsin (NpHR) : 황색광에 반응
• bacteriorhodopsin (BR) : 녹색광에 반응
• VChR1, C1V1, Chrimson, ReaChR, bReaChES : 적색광에 반응
  4. 유전자전달에 이용하기 위해 사용되는 바이러스는 어떤것이 있습니까?
  adeno-associated virus (rAAV), Lentivirus (LV), Herpes simplex virus (HRV), Vesicular stomatitis virus variant (VSV) 등이 이용되며, AAV가 주로 많이 이용됩니다. 세포에 특이적인 프로모터등을 디자인하여 뇌의 특정부위 및 특정세포에만 발현할 수 있도록 합니다.
  5. 신경세포별 활성 조절에 사용되는 Promoter의 종류는 어떤것이 있습니까?
  • Astrocyte : Human glial fibrillary acidic protein (hGFAP)
• catecholarminergic neurons: Tyrosin hydroxyase (TH)
• cholinergic neurons : Choline acetyltransferase (CHAT)
• dopaminergic neurons : Dopamine beta hydroxylase (DBH)
• excitatory neurons in the cortex and hippocamus, amygdala : Ca2+/calmodulin dependent protein kinase 2 (CaMK2 α)
• GABAergic neurons and glycinergic neurons : Vesicular GABA transporter (VGAT)
• inhibitory neurons : Fugu somatostatin (fSST)
• neurons : Elongation factor 1 α (EF1α), Neuron-specific enolase (NSE), Tubulin α 1 (Tα1), Superior cervial ganglion 10 (SCG10), Neurofilament heavy chain (NFH)
• oligodendrocytes : Myelin basic protein (MBP)
• pan-neuronal : Human synapsin1 (hSyn1), Human thymocyte 1 (hThy1)
• interneurons : Parvalbumin Pvalb (Pvalb-positive)
• serotonergic neurons : Tryptophan hytdroxylase2 (TPH2)
* 출처 : https://m.ibric.org/miniboard/view_report.php?Board=report&id=3234&type=1&filename=pdf_0003234.pdf
   
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