奖赏相关行为的光遗传学控制制造技术

本文提供了通过使用用于控制伏隔核或纹状体的胆碱能中间神经元的极化状态的光反应性视蛋白来破坏个体的至少一种奖赏相关行为的组合物和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】奖赏相关行为的光遗传学控制相关申请案的交叉引用本申请要求2010年11月5日提交的美国临时申请No.61/410,692的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。专利
本申请涉及包含在其质膜上表达光反应性视蛋白的动物细胞的组合物和使用所述组合物使留在伏隔核或背侧纹状体的微型回路中的胆碱能中间神经元选择性超极化以影响与动物的奖赏相关条件作用相关联的一种或多种行为的方法。专利技术背景物质滥用和依赖性是全世界所面临的重要社会问题。根据2008年世界毒品报告(WorldDrugReport2008)，约5%的世界人口使用非法药物并，且在0.6%的世界人口中，吸毒是一个问题。在美国，根据2006年物质滥用和精神健康服务管理局(SubstanceAbuseandMentalHealthServicesAdministration，SAMHSA)的全美药物使用与健康调查，2360万12岁或以上的人需要对非法药物或酒精滥用问题的治疗(9.6%的12岁或以上的人)。其中，仅250万-10.8%需要治疗的人-在专业机构接受了治疗。物质滥用和依赖性导致全世界生产人力的巨大损失并且将在治疗援助、保险理赔和在预防和脱瘾项目方面的花费的成本强加于政府和社会。光遗传学是甚至在自由活动的哺乳动物和其它动物体内，用于控制活组织靶细胞中的特定事件的遗传和光学方法的组合，时间精度(毫秒-时间尺度)需要与功能完整的生物系统保持同步。光遗传学的特点是将快速光反应性视蛋白通道或泵蛋白引入靶神经元细胞的质膜，靶神经元细胞允许对神经元膜电位在时间上精确的操纵，同时通过使用特异性靶向机制维持细胞类型分辨率。其中可用于研究神经系统功能的微生物视蛋白为氯视紫红质蛋白(NpHR)，用于促进照射时的膜超极化。短短几年内，光遗传学领域已增进了对哪些特定细胞类型有助于生物组织，例如体内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经导致对为哺乳动物行为基础的神经学机制的深刻理解。虽然有这些进展，对复杂人类行为例如物质滥用和依赖性(成瘾)的基础的神经生理学底物仍知之甚少，尽管有关于大脑特定区域在这些行为中所起的作用的新信息。例如，伏隔核(NAc)是形成腹侧纹状体主要部分的神经元的集合。认为NAc在奖赏、快乐、欢笑、成瘾、攻击、恐惧和安慰作用中起重要作用。乙酰胆碱是重要且受广泛研究的神经递质，其对多种受体和靶细胞起作用。一些体内药理学方法已经证实，奖赏学习行为需要NAc中的胆碱能传递。NAc中的胆碱能中间神经元特别有吸引力，因为它们构成少于1%的局部神经群，但是它们投射到整个NAc中并且提供其唯一已知的胆碱能输入。局部表达相关胆碱能受体，并且烟碱和毒蕈碱药理学激动剂可对中型多棘神经元(MSN，代表>95%的局部神经群并且构成NAc的输出)施加复杂影响。然而，胆碱能中间神经元对NAc生理学或奖赏相关行为的任一方面的净效应(如果有)未知。因此，需要的是允许研究NAc中的胆碱能中间神经元在奖赏相关行为，例如物质依赖性中所起的因果作用的工具。理解为成瘾基础的神经通路可帮助发现并筛选药理学疗法以治疗有此类病症的患者，以及打开使用此类工具破坏吸毒成瘾的个体脑部中的这些行为的可能性。在整个说明书中，引用了出版物(例如，科学论文)、专利申请、专利等，其全部通过引用整体并入本文。专利技术概述本文提供了通过使用稳定表达的能够改变个体的伏隔核或纹状体的胆碱能中间神经元的膜极化状态的光反应性视蛋白破坏个体的奖赏相关行为的组合物和方法，其中伏隔核或纹状体的胆碱能中间神经元的膜极化状态的改变破坏了动物的一种或多种奖赏相关行为。在一些实施方案中，奖赏相关行为是成瘾相关行为。在其它实施方案中，成瘾相关行为是可卡因成瘾。因此，在一些方面，本文提供了一种非人类动物，其包含在所述动物的伏隔核或纹状体中的胆碱能中间神经元的细胞膜上表达的光反应性视蛋白，其中当用光照射所述中间神经元时所述蛋白质对光起反应并且能够诱导所述中间神经元的膜超极化，其中照射所述蛋白质破坏所述动物的至少一种奖赏相关行为。在其它方面，本文提供了一种包含所述伏隔核或所述纹状体的横截面的脑切片，其中光反应性视蛋白在胆碱能中间神经元的细胞膜上表达，其中当用光照射所述中间神经元时所述蛋白质对光起反应并且能够诱导所述中间神经元的膜超极化，其中照射所述蛋白质破坏奖赏相关的脑功能。在一些方面，本文提供了一种破坏个体的奖赏相关行为的方法，包括：向所述个体施用编码光反应性视蛋白的多核苷酸，其中所述光反应性视蛋白在所述个体的伏隔核或纹状体中的胆碱能中间神经元的细胞膜上表达，并且当用光照射所述中间神经元时所述蛋白质对光起反应并且能够诱导所述中间神经元的膜超极化，从而用光活化所述蛋白质破坏个体的至少一种奖赏相关行为。在一些实施方案中，向所述个体的伏隔核或纹状体施用所述多核苷酸。在其它方面，本文提供了一种治疗个体药物成瘾的方法，包括：向所述个体施用编码光反应性视蛋白的多核苷酸，其中所述光反应性视蛋白在所述个体的伏隔核或纹状体中的胆碱能中间神经元的细胞膜上表达，并且当用光照射所述中间神经元时所述蛋白质对光起反应并且能够使所述中间神经元超极化，从而用光活化所述蛋白质破坏所述个体的奖赏相关行为，其中所述个体不再需要服药。在一些实施方案中，向所述个体的伏隔核或纹状体施用所述多核苷酸。本公开的各方面涉及对如本文所述活动物的加强行为的控制或表征。虽然本公开不一定限于这些情况，但是可通过使用这些和其它情况讨论实例，了解本专利技术的各个方面。本公开的实施方案涉及与享乐和/或加强行为相关联的特别靶向回路。更特殊的实施方案涉及对神经回路的时空控制以鉴定与奖赏记忆、快感缺失、成瘾和/或加强行为相关联且相对应的特定回路靶标之间的关联。本公开的特定实施方案涉及对与自然奖赏相关行为和/或奖赏学习有牵连的结构，包括但不限于伏隔核(NAc)或背侧纹状体中的靶细胞的抑制。在特定实例中，对NAc中特定胆碱能神经元的靶向尤其非常适合破坏这些胆碱能神经元对乙酰胆碱的释放。已经发现，此类神经抑制可对靶向神经抑制有效，可减少或消除对其它行为，例如食欲的或厌恶反应的加强的不良影响。本公开的各方面涉及特定于时间、空间和/或细胞类型的刺激。在某些实施方案中，使用牵涉光反应性视蛋白在神经回路细胞中的表达的光遗传学系统进行这种抑制。在其它实施方案中，可使用直接电刺激进行抑制。还有其它实施方案允许使用时间上精确的医药品。附图简述考虑到下列描述和附图可更加充分地理解各个示例实施方案，其中：图1描绘了NAc的ChAT中间神经元中ChR2和eNpHR3.0的特异性、膜靶向和功能性。(A)将Cre-依赖型AAV(表达eNpHR3.0-eYFP或ChR2(H134R)-eYFP)注射至NAc的中间部分。(B)注射切片的共聚焦图像证明经4',6'-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)共染色，eYFP表达与ChAT抗体的共同定位。(C)91.3±1.3%表达YFP的神经元也染有ChAT抗体(n=418)；93.5±2.8%染有ChAT抗体的神经元也表达YFP(n=413)。误差线指SEM。(D)高倍放大视图显示了经ChAT抗体共染色的eNphR3.0-eYFP(左)和ChR2-eYFP(右)的膜定位。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.05 US 61/410,6921.编码光反应性视蛋白的多核苷酸在制备药剂中的用途，所述药剂用于破坏个体的奖赏相关行为，其中在向所述个体施用所述多核苷酸后，所述光反应性视蛋白在所述个体的伏隔核或纹状体中的胆碱能中间神经元的细胞膜上表达，并且其中当用光照射所述中间神经元时，所述蛋白质对光起反应并且能够诱导所述中间神经元的膜超极化，从而用光活化所述蛋白质破坏个体的至少一种奖赏相关行为。2.根据权利要求1所述的用途，其中所述光反应性视蛋白包含与SEQIDNO:1中所示序列至少95％相同的氨基酸序列。3.根据权利要求1所述的用途，其中所述多核苷酸为载体。4.根据权利要求3所述的用途，其中所述载体为AAV载体、逆转录病毒载体、腺病毒载体、HSV载体或慢病毒载体。5.根据权利要求3所述的用途，其中所述光反应性视蛋白使所述胆碱能中间神经元的细胞膜超极化。6.根据权利要求5所述的用途，其中所述光反应性视蛋白为NpHR、BR、AR或GtR3。7.根据权利要求6所述的用途，其中NpHR为NpHR2.0、NpHR3.0或NpHR3.1。8.根据权利要求1所述的用途，其中所述奖赏相关行为是药物相关的成瘾行为。9.根据权利要求8所述的用途，其中所述药物为可卡因。10.根据权利要求1-9中任一项所述的用途，其中所述个体为人类。11.根据权利要求1-9中任一项所述的用途，其中所述个体为非人类动物。12.编码光反应性视蛋白的多核苷酸在制备药剂中的用途，所述药剂用于治疗个体药物成瘾，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·戴瑟罗斯，I·威滕，
申请(专利权)人：斯坦福大学托管董事会，
类型：
国别省市：