本文中提供了组合物和使用所述组合物对存在于前额叶皮质中的神经元进行选择性去极化以影响非人动物的一种或多种社会行为、交往和/或条件性行为的方法，所述组合物包含含有在神经元质膜上表达稳定阶跃函数视蛋白的神经元的非人动物细胞。
【技术实现步骤摘要】
本申请是2011年11月4日提交的同名专利技术专利申请201180061699.7的分案申请。【相关申请的交叉引用】本申请要求2010年11月5日提交的美国临时专利申请No.61/410,704、2010年11月5日提交的美国临时专利申请No:61/410,711以及2011年7月26日提交的美国临时专利申请No:61/511,905的优先权,，每篇临时专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。
本申请涉及包含在它们的质膜上表达稳定阶跃函数视蛋白(SSFO)的非人动物细胞的组合物，以及使用所述组合物对位于前额叶皮质的微回路中的神经元选择性去极化以影响非人动物的一种或多种社会行为、交往和/或条件性行为的方法。
技术介绍
光遗传学是用于控制活组织的靶向细胞中，甚至在自由移动哺乳动物和其它动物内特定事件的遗传和光学方法和与完整生物系统运行同步所需的时间精度(毫秒时程)的组合。光遗传学的标志是将快速光活化通道蛋白引至靶神经元细胞的质膜，这使得可在时间上精确操作神经元膜电位，同时通过使用特异性靶向机制来维持细胞类型分辨率。可用于研究神经系统功能的微生物视蛋白有视紫红质通道蛋白(channelrhodopsin)(ChR2、ChR1、VChR1和SFO)，在暴露于光时用于使膜去极化。在短短数年间，光遗传学领域已经深化对特异性细胞类型如何体内作用于生物组织(例如神经回路)的功能的基本科学
理解。而且，在临床方面，光遗传学驱动的研究已引起对帕金森氏病和其它神经和精神障碍的深刻理解。然而，尽管取得了这些进展，但大多数精神障碍的神经生理学基础仍然知之甚少，尽管快速出现了关于与复杂行为表型(如在自闭症和精神分裂症中观察到的复杂行为表型)相关的遗传因子的信息(Cichonet等,The American Journal of Psychiatry 166(5):540(2009)；O'Donovan等,Human Genetics 126(1)：3(2009))。一个值得注意的新出现的原理是范围极广的表面上不相关的遗传异常可产生相同种类的精神病表型(例如社会行为功能障碍；Folstein&Rosen-Sheidley,Nature Reviews 2(12):943(2001))。此意外的模式已表明需要发现表明需要鉴别可在共同的病理生理学原理下统一多种多样的遗传因子的简化回路级研究。一个这样的回路级假说是：皮质细胞兴奋与抑制的比率(细胞E/I平衡)的提高可引发自闭症的社会和认知缺陷(Rubenstein,Current Opinion in Neurology 23(2)：118；Rubenstein&Merzenich,Genes,Brain,and Behavior 2(5):255(2003))。该假说有可能统一不同流派的病理生理学证据，包括许多自闭症相关基因与离子通道和突触蛋白的功能获得表型关联(Bourgeron,Current Opinion in Neurobiology 19(2),231(2009))以及约30％的自闭症患者还显示临床上明显的发作(Gillberg&Billstedt,Acta Psychiatrica Scandinavica,102(5):321(2000))的观察。然而，现在还不清楚这样的不平衡(与疾病症状相关的)在长期(例如，在发育过程中)或急性时程上是否有效。此外，该假说绝不会被普遍接受的，这部分因为其还不太容易直接检验。药物和电干预缺乏必需的特异性来相对于抑制性细胞选择性支持(以与受体调节根本不同的方式)大脑的新皮层兴奋细胞的活性，无论是在临床背境中还是处于社会和认知工作过程中的自由行动的实验哺乳动物中。其可能与挑战例如自闭症和精神分裂症的社会和认知缺陷已证明多半不会在临床中对常规定神药理学治疗作出反应的这样的挑战相关。现有光遗传学方法也不足以应对该目的；利用视紫红质通道蛋白
选择性地在兴奋性或抑制性细胞中驱动协调尖峰(coordinated spike)是可行的，但不会十分适合大脑的新皮层锥体细胞的零星编码和非同步触发模式(asynchronous firing pattern)。此外，光纤和其它硬件的连续存在为对对针对社会行为和认知测量(例如在场景条件化(contextual conditioning)中)中常见的快速且空间上复杂的运动的长期行为测试带来挑战。相反地，双稳态阶跃函数(bistable step-function)视蛋白(SFO)基因产物相对于另一个群选择性地支持一个群体的激发可部分解决这类挑战，因为靶向群体可不通过协调的尖峰来驱动，但仅对可以是零星和不同步的天然输入致敏。SFO的使用还具有解决硬件挑战的潜力，因为SFO的在数量级上更大的光敏特征在理论上可允许非脑穿透性光递送，并且在启动(light-off)后双稳定SFO的持续作用可允许无硬件行为测试。然而，已知的SFO(C128A、S、T和D156A)的稳定性不足以在单次闪光后产生持续复杂行为测试所需的许多分钟的恒定光电流。因此，所需要的是可允许在体外和在体内直接检验自由移动小鼠的前额叶皮质中的E/I平衡假说的光遗传学工具。这样的光活化蛋白质可允许研究额叶前部分细胞E/I平衡的双向调节对认知和神经功能障碍相关的条件性和先天性行为的影响，以及探测所得的对回路生理学和信息的定量传输的影响。【专利技术概述】本文中提供了包含在它们的质膜上表达稳定阶跃函数视蛋白的动物细胞、非人动物、脑切片以及使用其选择性地使存在于前额叶皮质的微回路中的神经元去极化的方法。因此，本文中提供了包含在动物的前额叶皮质的神经元中表达的第一光活化阳离子通道蛋白的非人动物，其中所述蛋白质能够通过光在神经元中诱导去极化电流，并且显示响应具有第一波长的光的单脉冲的快速阶梯状活化以及响应具有第二波长的光的脉冲的去活化，其中神经元中的去极化电流维持至少约10分钟；并且其中前额叶皮质神
经元中蛋白质的活化诱导动物的神经行为、交往和/或条件性行为的改变。在一些方面，提供了包含前额叶皮质的神经元的脑切片，其中光活化蛋白在前额叶皮质的神经元中表达，其中蛋白质能够通过光在神经元中诱导去极化电流，并且显示响应具有第一波长的光的单脉冲的快速阶梯状活化以及响应具有第二波长的光的脉冲的去活化；其中去极化电流维持至少约10分钟。在另一个方面，提供了用于鉴定抑制非人动物的前额叶皮质中的兴奋或抑制性神经元的去激化的化合物的方法，所述方法包括：(a)使包含在动物的前额叶皮质的神经元的细胞膜上表达的第一光活化蛋白质阳离子通道蛋白的非人动物的前额叶皮质中的兴奋或抑制性神经元去极化，其中当用光照射神经元时，所述蛋白质能够介导神经元的去极化电流，其中所述蛋白质显示响应具有第一波长的光的单脉冲的快速阶梯状活化以及响应具有第二波长的光的脉冲的去活化；其中神经元中的去极化电流维持至少约10分钟；其中所述蛋白包含在对应于ChR2氨基酸序列的C128和D156的氨基酸残基处具有氨基酸置换的ChR2、ChR1、VChR1或VChR2氨基酸序列；其中前额叶皮质神经元中蛋白质的活化诱导动物的社会行为、交往和/或条件性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非人动物，其包含在动物的前额叶皮质的神经元中表达的第一光活化阳离子通道蛋白，其中所述蛋白质能够通过光诱导所述神经元的去极化电流并且显示响应具有第一波长的光的单脉冲的快速阶梯状活化，以及响应具有第二波长的光的脉冲的去活化，其中所述神经元中的所述去极化电流维持至少约10分钟；以及其中所述前额叶皮质神经元中的所述蛋白质的活化诱导动物的社会行为、交往和/或条件性行为的改变。
【技术特征摘要】
2010.11.05 US 61/410,704;2010.11.05 US 61/410,711;1.一种非人动物，其包含在动物的前额叶皮质的神经元中表达的第一光活化阳离子通道蛋白，其中所述蛋白质能够通过光诱导所述神经元的去极化电流并且显示响应具有第一波长的光的单脉冲的快速阶梯状活化，以及响应具有第二波长的光的脉冲的去活化，其中所述神经元中的所述去极化电流维持至少约10分钟；以及其中所述前额叶皮质神经元中的所述蛋白质的活化诱导动物的社会行为、交往和/或条件性行为的改变。2.根据权利要求1所述的动物，其中所述蛋白质包含在对应于ChR2氨基酸序列的C128或D156的残基处具有氨基酸置换的ChR2、ChR1、VChR1或VChR2氨基酸序列。3.根据权利要求1所述的动物，其中所述蛋白质包含在对应于ChR2氨基酸序列的C128和D156的残基处具有氨基酸置换的ChR2、ChR1、V...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·戴瑟罗斯，O·伊扎尔，L·芬诺，
申请(专利权)人：斯坦福大学托管董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US
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