光敏離子透過性分子制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供多核苷酸和用于在動物細胞中表達光激活蛋白以及通過光刺激改變所述細胞的動作電位的方法。本發(fā)明專利技術(shù)還提供動物細胞和包含表達所述光激活蛋白的細胞的非人動物。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】光敏離子透過性分子相關(guān)專利文獻本專利文件根據(jù)美國法典第35篇第119條(e)款要求2010年3月17日提交的標題為 “Light-Sensitive Ion-Passing Molecules” 的美國臨時專利申請第 61/314, 969號的權(quán)益，此專利文獻和基礎(chǔ)臨時申請中提交的附錄均以引用的方式全部并入本文。總覽和概述本公開的各個方面整體涉及用于刺激靶細胞的系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及使用光學裝置刺激靶細胞。對身體各種細胞的刺激已被用于產(chǎn)生多種有益效果。一種刺激方法涉及使用電極將外部產(chǎn)生的信號引入細胞。基于電極的腦刺激技術(shù)面臨的一個問題是負責既定精神過程的神經(jīng)元的分布性質(zhì)。相反地，不同類型的神經(jīng)元彼此靠近駐留，使得在進行特定任務(wù)時只有在腦部給定區(qū)域中的某些細胞被激活。換句話說，不僅異種神經(jīng)束通過 緊密的空間范圍平行移動，而且細胞體本身也可以混合、稀疏嵌入的構(gòu)型存在。這種分配的處理方式似乎違背了要理解CNS內(nèi)規(guī)范順序的最大努力，并且使神經(jīng)調(diào)節(jié)難以實現(xiàn)治療目的。腦的這種構(gòu)造為基于電極的刺激帶來一個問題，因為電極在其所刺激的神經(jīng)元的基本生理學方面是相對沒有選擇性的。相反，電極桿與神經(jīng)元的物理接近度往往是哪些神經(jīng)元將被刺激的唯一的最具有決定性的因素。因此，使用電極對單一種類的神經(jīng)元進行絕對限制性的刺激通常是不可行的。使用電極進行刺激的另一個問題是因為電極布置決定哪些神經(jīng)元將被刺激，并且機械穩(wěn)定性經(jīng)常不足，所以導致電極導線從目標區(qū)域遷移。此外，在體內(nèi)一段時間以后，電極導線經(jīng)常被膠質(zhì)細胞包裹，使電極的有效電阻升高，進而使達到靶細胞所需的電功率輸送增力卩。然而，對電壓、頻率或脈沖寬度的補償性增加可使電流擴散并且增加對其它細胞的不希望的刺激。另一種刺激方法使用光敏生物分子結(jié)構(gòu)來刺激響應于光的靶細胞。例如，可以使用光激活蛋白控制通過細胞膜的離子流動。通過促進或抑制通過細胞膜的正離子或負離子的流動，可以使細胞暫時去極化、去極化并保持該狀態(tài)或超極化。神經(jīng)元是一類使用由去極化產(chǎn)生的電流來產(chǎn)生通信信號(即神經(jīng)脈沖)的細胞的實例。其它電激發(fā)細胞包括骨骼肌、心肌和內(nèi)分泌細胞。神經(jīng)元使用迅速去極化以在全身傳輸信號并且用于達到各種目的，如運動控制(例如肌肉收縮)、感覺響應(例如觸覺、聽覺和其它感覺)和計算功能(例如腦功能)。因此，細胞去極化的控制可有益于多種不同的目的，包括(但不限于)心理療法、肌肉控制和感覺功能。本專利技術(shù)的各個方面針對能夠抑制神經(jīng)活動的藍光感應視蛋白。所述視蛋白來自隱芽植物藍隱藻(G. theta)。所研究的視蛋白是從藍隱藻中分離的第三視蛋白，簡寫為GtR3。當用光照射時，GtR3能夠調(diào)節(jié)超極化電流。對GtR3的作用光譜的表征顯示最大吸收是約490nm,并且GtR3不被黃光激活。本專利技術(shù)的各個方面涉及能夠激發(fā)神經(jīng)活動的藍光感應光敏感通道。所述光敏感通道來源于杜氏鹽藻(Dunaliella salina)。所研究的光敏感通道簡寫為DChR。DChR可以在哺乳動物神經(jīng)元中異源表達并且當用藍光照射時可以調(diào)節(jié)強的去極化電流。DChR的作用最大值是約500nm。按照本公開的實施方案，通過工程化來源于藍隱藻的蛋白產(chǎn)生抑制電流流動，所述蛋白通過產(chǎn)生抑制電流來阻止神經(jīng)元的去極化而對光響應。將所述蛋白遞送給目標神經(jīng)兀并且暴露在光下。按照本公開的另一個實施方案，對表達GtR3質(zhì)子泵的細胞進行光刺激的方法包括對所述細胞提供一系列刺激，各刺激使得在所述細胞中發(fā)生去極化事件的可能性增加。對所述細胞提供光以激活GtR3質(zhì)子泵的表達，從而降低在所述細胞中發(fā)生去極化事件的可能性。在某些特定實施方案中，提供的光在藍光光譜中。按照本公開的另一個實施方案，公開了用于體內(nèi)控制神經(jīng)元或其它細胞的動作電位的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括向所述神經(jīng)元或細胞引入響應于藍光的蛋白的遞送裝置。響應于藍光的蛋白對藍光響應而產(chǎn)生抑制電流。所述系統(tǒng)包括產(chǎn)生用于刺激藍光響應蛋白的光的藍光源和控制光源產(chǎn)生光的控制裝置。 按照本公開的另一個實施方案，公開了提供用于哺乳動物表達的光響應蛋白的方法。光響應蛋白從藍隱藻中分離。所述分離的蛋白具有C末端和N末端。向所述分離的蛋白的C末端添加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)輸出信號以產(chǎn)生增強的光響應蛋白。將所述增強的蛋白放入空病毒載體中以向目標細胞遞送。隨后將攜帶所述增強的蛋白的病毒載體遞送給目標細胞。按照本公開的實施方案，提供一種動物細胞。所述動物細胞包括響應藍光表達質(zhì)子泵的整合的外源分子。所述外源分子來源于藍隱藻。在某些實施方案中，所述動物細胞是神經(jīng)細胞。所述動物細胞還可以是例如肌細胞或細胞系。本公開的以上論述并不旨在描述本專利技術(shù)的每種說明的實施方案或每種實施方式。下文的附圖和詳細描述更具體地舉例闡述這些實施方案。附圖簡述結(jié)合以下附圖來考察隨后本專利技術(shù)的各種實施方案的詳細描述，可以更透徹地理解本專利技術(shù)圖IA展示細胞器膜中的離子泵；圖IB展示細胞膜中的離子泵；圖2A展示表達光響應蛋白組合的細胞群體；圖2B展示用于某些實施方案的刺激模式，其中將兩種或兩種以上光響應蛋白引入相同的細胞群體；圖3展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于刺激靶細胞的系統(tǒng)的框圖；圖4展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于刺激靶細胞的植入裝置的框圖；圖5展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的植入裝置的框圖；圖6A展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的植入裝置的框圖；圖6B展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的對應于圖6A的框圖的電路圖；圖7A和圖7B展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于容納光敏生物分子的篩孔的圖形；圖8A和圖8B展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的病毒基質(zhì)的圖形；圖9展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的響應于磁場產(chǎn)生光的電路的電路圖；附圖說明圖10A、10B和IOC展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于產(chǎn)生響應于RF信號的光的框圖和電路；圖IIA和圖IlB各自展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的光纖裝置的圖形；圖12A、12B、12C和12D描繪根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的在產(chǎn)生光敏生物部分中的各個階段；以及圖13展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的植入裝置；圖14A和圖14B展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的另一個植入裝置的圖形；圖15描繪根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的具有多個光源的裝置；圖16展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于體內(nèi)控制一種或多種細胞電性質(zhì)的系統(tǒng)； 圖17展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于體內(nèi)控制一種或多種細胞電性質(zhì)的系統(tǒng)；圖18A展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于光學藥物篩選的系統(tǒng)的框圖；圖18B展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于根據(jù)本專利技術(shù)方法篩選藥物的大型、準自動化系統(tǒng)的特定系統(tǒng)圖；圖19展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的根據(jù)本專利技術(shù)方法操作的小型、全自動化藥物篩選系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；圖20A描繪根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的發(fā)射器/檢測器單元的實例的運行；圖20B描繪根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的發(fā)射器/檢測器單元的另一個實施方案的運行；圖21A和21B描繪根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的用于激活在發(fā)射器/檢測器單元內(nèi)使用的LED發(fā)射器的電子電路機構(gòu)；圖22展示根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的示例篩選過程的環(huán)境中的一系列事件的時間線；圖23示出根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的在孔板的孔內(nèi)的細胞和藥物樣品的布局的實例；以及圖24示出根據(jù)本專利技術(shù)的示例實施方案的可本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.03.17 US 61/314,9691.一種動物細胞，所述動物細胞包含在細胞膜上表達的光激活蛋白，其中所述蛋白對藍光響應并且來源于藍隱藻，其中當用光照射所述細胞時所述蛋白能夠調(diào)節(jié)所述細胞中的超極化電流。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動物細胞，其中所述蛋白包含與SEQID NO :1中所示序列至少95 %相同的核心氨基酸序列。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動物細胞，其中所述蛋白包含所述核心氨基酸序列和在所述核心氨基酸序列的C末端的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)輸出信號。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動物細胞，其中所述核心氨基酸序列通過接頭與所述ER輸出信號連接。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動物細胞，其中所述ER輸出信號包含氨基酸序列FCEYENEV。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動物細胞，其中所述蛋白包含SEQID NO :5中所示氨基酸序列。7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動物細胞，其中所述動物細胞是神經(jīng)細胞、肌細胞或干細胞。8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動物細胞，其進一步包含在所述細胞膜上表達的第二光激活蛋白。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的動物細胞，其中所述第二光激活蛋白是當用光照射所述細胞時能夠調(diào)節(jié)所述細胞中的去極化電流的蛋白。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的動物細胞，其中所述第二光激活蛋白選自由VChRl、DChR,SFO和ChR2組成的組。11.一種細胞群體,所述細胞群體包含根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的細胞。12.—種分離的多核苷酸,所述多核苷酸包含編碼含有與SEQ ID NO :1中所不序列至少95 %相同的核心氨基酸序列的光激活蛋白的核苷酸序列。13.一種表達載體，所述表達載體包含編碼含有與SEQ ID NO :1中所示序列至少95%相同的核心氨基酸序列的光激活蛋白的核苷酸序列。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的表達載體，其中所述表達載體是病毒載體。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的表達載體，其中所述病毒載體是AAV載體、逆轉(zhuǎn)錄病毒載體、腺病毒載體、HSV載體或慢病毒載體。16.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的細胞的方法，所述方法包括用光激活所述光激活蛋白。17.一種使用根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項所述的細胞的方法，所述方法包括將所述光激活蛋白在其各自的波長激活。18.一種非人動物，所述非人動物包含根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的細胞。19.一種動物細胞,所述動物細胞包含在所述細胞膜上表達的光激活蛋白，其中所述蛋白對藍光響應并且來源于杜氏鹽藻，其中當用光照射所述細胞時所述蛋白能夠調(diào)節(jié)所述細胞中的去極化電流。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的動物細胞，其中所述蛋白包含與SEQID NO :2的殘基25-365中所不序列至少95%相同的核心氨基酸序列。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的動物細胞，其中所述蛋白包含所述核心氨基酸序列和在所述核心氨基酸序列的C末端的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)輸出信號。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的動物細胞，其中所述核心氨基酸序列通過接頭與所述ER輸出信號連接。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的動物細胞，其中所述ER輸出信號包含氨基酸序列FCEYENEVο24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的動物細胞,其中所述動物細胞是神經(jīng)細胞、肌細胞或干細胞。25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的動物細胞，其進一步包含在所述細胞膜上表達的第二光激活蛋白。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的動物細胞，其中所述第二光激活蛋白是當用光照射所述細胞時能夠調(diào)節(jié)所述細胞中的超極化電流的蛋白。27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的動物細胞，其中所述第二光激活蛋白選自由NpHR、BR、AR和GtR3組成的組。28.—種細胞群體，所述細胞群體包含根據(jù)權(quán)利要求19-27中任一項所述的細胞。29.—種分離的多核苷酸，所述多核苷酸包含編碼含有與SEQ ID NO :2的殘基25-365中所示序列至少95%相同的核心氨基酸序列的光激活蛋白的核苷酸序列。30.一種表達載體，所述表達載體包含編碼含有與SEQ ID NO :2的殘基25-365中所示序列至少95%相同的核心氨基酸序列的光激活蛋白的核苷酸序列。31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的表達載體，其中所述表達載體是病毒載體。32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的表達載體，其中所述病毒載體是AAV載體、逆轉(zhuǎn)錄病毒載體、腺病毒載體、HSV載體或慢病毒載體。33.一種使用根據(jù)權(quán)利要求19-24中任一項所述的細胞的方法，所述方法包括用光激活所述光激活蛋白。34.一種使用根據(jù)權(quán)利要求24-27中任一項所述的細胞的方法，所述方法包括將所述光激活蛋白在其各自的波長激活。35.一種非人動物，所述非人動物包含根據(jù)權(quán)利要求19-27中任一項所述的細胞。36.一種動物細胞，所述動物細胞包含在所述細胞膜上表達的光激活蛋白，其中所述蛋白包含與SEQ ID NO :3中所示序列至少95%相同的核心氨基酸序列、ER輸出信號和膜運輸信號。37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的動物細胞，其中所述光激活蛋白從所述N末端至所述C末端包含所述核心氨基酸序列、所述ER輸出信號和所述膜運輸信號。38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的動物細胞，其中所述光激活蛋白從所述N末端至所述C末端包含所述核心氨基酸序列、所述膜運輸信號和所述ER輸出信號。39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的動物細胞，其中所述ER輸出信號包含氨基酸序列FCEYENEVο40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的動物細胞，其中所述膜運輸信號包含氨基酸序列KSRITSEGEYIPLDQIDINV。41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的動物細胞,其中所述動物細胞是神經(jīng)細胞、肌細胞或干細胞。42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的動物細胞，其進一步包含在所述細胞膜上表達的第二光激活蛋白。43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的動物細胞，其中所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：K·戴塞魯斯，張峰，V·格拉蒂納魯，
申請(專利權(quán))人：小利蘭·斯坦福大學托管委員會，
類型：
國別省市：