携手健康网携手健康网

监视和控制神经活动的新工具

斯坦福大学的新型分子探针可以帮助揭示我们的大脑如何思考和记忆。该工具称为快速光和钙调节表达或FLiCRE(发音为“闪烁”),可以发送到任何细胞内以执行各种研究任务,包括标记,记录和控制细胞功能。

“这项工作达到了神经科学的中心目标:您如何找到构成思想或认知过程的神经元系统?神经科学家长期以来一直希望使用这种工具,”遗传学遗传学教授Alice Ting说。斯坦福大学人文与科学学院的生物医学学院,其团队与斯坦福大学精神病学家和生物工程师Karl Deisseroth共同领导了这项工作。

在12月11日发表在Cell上的论文中详细介绍的概念验证实验中,研究人员使用FLiCRE拍摄了与小鼠回避行为相关的神经活动快照。通过将FLiCRE快照与RNA测序耦合,他们发现这些激活的神经元主要属于单个细胞类型,仅使用遗传工具是无法访问的。然后,他们将FLiCRE与视蛋白(一种由Deisseroth产生的光​​来控制神经活动的蛋白)结合使用,以在一天后重新激活这些相同的神经元,从而导致小鼠避免进入某个房间。研究人员研究了称为伏伏核的大脑区域,它在包括抑郁症在内的人类精神疾病中起着重要作用。

模块化分子技术

FLiCRE由对蓝光和钙的存在有反应的两条分子链组成。这种光敏性使研究人员可以精确地控制实验时间,而钙几乎是细胞活性的普遍指标。为了使FLiCRE进入细胞,研究人员将其分为两部分包装在无害的病毒中。FLiCRE的一部分附着在细胞膜上,并含有一种蛋白质,该蛋白质可以进入细胞核并驱动研究人员选择的任何基因的表达。FLiCRE的另一部分负责在某些特定条件下释放蛋白质,即,如果钙浓度高且细胞浸入蓝光中。

现有的标记技术需要花费数小时才能激活,而FLiCRE标记过程只需几分钟。研究人员还设计了FLiCRE,以便他们可以使用标准的基因测序来发现FLiCRE激活的细胞。这使他们可以一次研究成千上万个细胞,而其他技术则往往需要分析每个包含数百个细胞的多个显微图像。

在一系列实验中,研究人员将FLiCRE注射到伏隔核的细胞中,并使用视蛋白激活了与小鼠回避行为相关的神经通路。一旦含FLiCRE的细胞中的钙达到峰值(细胞表明老鼠正在躲避某些东西),细胞就会发出永久性的红色,这在显微镜下可以看到。研究人员还对细胞的RNA进行了测序,以查看哪些细胞含有荧光蛋白,从而产生了神经活动的逐个细胞记录。

斯坦福大学遗传学博士后学者,论文的第一作者,克里斯蒂娜·金说:“一个目标是绘制活体动物大脑区域之间的相互关系,这确实是一个难题。”“ FLiCRE的优点在于,我们可以在一个区域内脉冲并激活神经元,然后记录所有连接的下游神经元。这是查看远程大脑活动连接的一种非常酷的方法。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。