当提到大脑时,线路并不是一切。虽然神经生物学家常常隐喻为电子线路,但实际情况是,大脑并远非一系列电线和电路那么简单。神经元不同于电线电路,它们可以根据具体情况而有不同的表现。
洛克菲勒大学Jeffrey Friedman分子遗传学实验室的研究人员,设计了一种方法,根据神经元之间的连接,创建神经元基因表达***。这些***包含着神经元内活性基因的详细清单,可发送信息到突触(神经元之间的连接)。
他们的新技术,称为Retro-TRAP,结合两种方法来认识大脑:映射所有的神经元连接,描述神经元群体中的基因表达。Friedman称:“我们希望,Retro-TRAP将被广泛应用,并为复杂的神经回路如何发挥作用带来更为精细的认识,最终为神经系统疾病和神经精神疾病带来更好的疗法。”
实验室的研究助理Mats Ekstrand称:“随着时间的推移,神经系统科学的改进,可让我们更加详细地探讨神经系统如何工作,我们开发出的方法将继续这一趋势。通过依靠现有的技术,我们现在能够深入研究,参与特定电路的细胞类型,以及它们正在做什么。”
从长远来看,这些认识可能有助于解释,为什么一些疾病(如帕金森氏病)会影响特殊的神经元组,或者将来我们有可能精确靶定机能失调的神经电路,而不是让整个大脑都接触药物。
研究人员改进了一种称为翻译核糖体亲和纯化(TRAP)的技术,由Nathaniel Heintz、Paul Greengard和其他人在洛克菲勒大学开发。他们利用绿色荧光蛋白(GFP)标记核糖体,来识别基因的表达。
相关研究结果发表在2014年5月22日的《Cell》期刊。在这项研究中,Ekstrand、研究生Alexander Nectow和同事们利用这个系统,分析投射到伏核的神经元。然后,研究人员利用一种腺相关病毒(AAV),选择性地分析投射到伏核的中脑多巴胺神经元。研究人员利用一个小的抗体,将核糖体与荧光蛋白连接起来。然后,利用这些荧光标记,研究人员取出核糖体,并测定穿过它们的遗传信息。用这种方式,他们产生了一系列活性基因。
Nectow称,为了测试他们的技术,研究小组将重点放在已被充分研究的大脑部分——伏核,该区域整合整个大脑的信息,包括参与执行功能、记忆、抑郁、奖赏相关行为、进食和其他功能的区域。
利用Retro-TRAP,他们对从下丘脑和腹侧中脑延伸到伏核的神经元进行了分子分析。结果证实,Retro-TRAP确实发挥作用。
Nectow称:“伏核通过神经递质多巴胺,接收来自腹侧中脑的大量信号,正如预期的那样,我们测定的基因,许多与多巴胺神经元相关。”
他们的数据也包含了一些新的发现。例如,他们发现,外侧下丘脑中的一些神经元,表达抑郁症相关的p11基因。进一步的研究之后,他们发现,这些神经元也常常表达一个称为食欲素(orexin)的蛋白质——睡眠和进食的一个调控因子,表明抑郁症和一些症状之间存在分子关联。
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