用光控技术关闭神经活动：结合视蛋白环化酶与改造过的钾通道

自光遗传学技术出现以来，利用光调控细胞活动的工具开发取得了重要进展。本研究提出一种双组分光遗传学沉默工具RoCK（视紫红质环化酶/钾通道），它将视紫红质鸟苷酸环化酶CaRhGC与定制化的SthK钾通道相结合。SthK通道经工程改造后，能在结合环磷酸鸟苷（cGMP）时选择性开放。通过增强SthK突变体对cGMP的敏感性和开放概率，研究人员获得了四种适用于不同cGMP浓度水平的通道变体。CaRhGC的膜结合特性使其能在局部产生cGMP，且无暗活性，降低了脱靶效应风险。优化后的RoCK在小鼠海马神经元、急性海马切片以及兔心肌细胞中均能有效调控细胞活动。在斑马鱼体内，RoCK可沉默运动神经元，抑制胚胎特有的卷曲行为，凸显了其在行为学研究中的潜力。总之，RoCK从快速cGMP生成、快速cGMP感知和基于钾离子的细胞沉默三个方面扩展了光遗传学工具库。该工具不仅为精准抑制细胞兴奋性提供了新手段，其工程化的SthK通道变体还可作为细胞膜附近cGMP水平的功能报告器，用于亚秒级精度研究cGMP介导的生理过程，弥补了现有cGMP传感器在时间分辨率上的不足。