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神经元活动指示与遗传学调控
作者：TIS 杰克森实验室
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利用Cre-lox系统，我们可实现多种复杂且精密的基因重组操作。在神经生物学研究中，研究者不仅需要检测细胞活动，也需要操控特定细胞类群的活动；按照操控的方式，又可分为光遗传学和化学遗传学调控。下面让我们一起来看看神经元活动检测及遗传学调控的原理，以及JAX的常用品系吧。
Fos
即刻早期基因（Immediate early genes, IEGs）是指细胞在受到各种细胞刺激时，最先表达的一组基因。它们是个庞大的基因家族，参与了细胞的各个过程。在神经生物学领域，最常用的基因为Fos基因。当神经元兴奋时，此类基因可以瞬时表达，用于标记兴奋性神经元。
基于Fos基因的表达特性，研究者可以直接通过Fos荧光报告品系来观察Fos基因表达情况；也可以利用Cre-lox系统，实现在表达Fos基因活化的细胞中进行特异性遗传学调控。
目前JAX提供品系如下：
神经元钙活动指示
细胞内钙离子的浓度变化往往能够反映细胞的活动状态。神经元兴奋时，神经元膜电位去极化，大量钙离子内流。细胞内 GCaMP 蛋白与钙离子结合后，发生构象改变发出荧光。因此可通过双光子荧光显微镜或光纤记录等手段，将瞬时的荧光变化采集并记录下来。科学家们通过基于结构的突变和基于神经元的筛选方法不断优化 GCaMP 的亲和性、信噪比、动力学和动态范围等，开发适合不同应用场景的 GCaMP。GCaMP6 系列分为 GCaMP6s 和GCaMP6f。GCaMP6s (sensitive) 对钙离子灵敏度高，适合低频信号的指示；GCaMP6f (fast) 具有快速动力学曲线，和钙离子解离迅速，适合高频信号的指示。
目前JAX提供品系如下：
* tet-off系统：例如#030328和#031562品系中都采用了Teto的启动子来控制GCaMP6的表达，采用CAG来控制tTA的表达。Teto是四环素操作符，可被四环素抑制因子(tetR)识别，从而启动转录。tTA是改造过的tetR。当四环素或四环素类似物强力霉素 (DOX，与tTA有更高的亲和力) 存在下，会结合tTA，从而抑制tTA与tetO结合，终止转录。因此在这些品系中，可以采用给予DOX的方式来关闭GCaMP的表达。
无需搭配Cre使用的品系有：
光遗传学调控
目前光遗传常用的工具为视紫红质，它是一类跨膜蛋白，将光敏区域与离子通道或离子泵结合在一起，吸收光线后，这类蛋白质被激活，离子运输会导致膜电位的改变。如 Channelrhodopsin·2·(ChR2)被蓝光激活，引发Na+内流，使细胞膜电位去极化，激活细胞；而Halorhodopsin (NpHR)被黄光激活，引发Cl-内流，导致细胞膜电位超极化，抑制细胞兴奋性。通过添加或去除特定波长的光可用于快速精准控制神经元活性。
目前JAX提供品系如下：
注意这类品系通常也会在光敏蛋白后融合表达荧光蛋白，起到标示细胞的作用，因此也可同时用来作为报告品系使用。
也有部分无需搭配Cre使用的活体品系，可在特定神经元类群中起到光激活的效果：
化学遗传学调控
hM3Dq和hM4Di是经过突变的人源毒蕈碱型受体，当特定的药物（如氯氮平一氧化氮，CNO）作用于表达hM3Dq的细胞，会使其发生去极化，增强细胞兴奋性。与此相反，药物作用于表达hM4Di的细胞使其发生超极化，抑制细胞兴奋性。化学遗传具有操作简单等优点，动物可完全自由活动，适合长时间激活或抑制。而采用光遗传学调控时，埋置光纤可能影响动物行为学表现，长时间光刺激会产生热效应。
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