逆行AAV:从Axon到核心的旅程

由莱拉哈利

莱拉Haery

大脑有一个结构的概念并不明显。虽然亚里士多德认为心脏是身体的思想中心已经有很长一段时间了,但直到18世纪,科学家们才提出假设并开始收集证据,证明大脑有具有特殊功能的不同区域。菲尼亚斯·盖奇(Phineas Gage)是大脑区域与行为之间联系的早期著名例子。在一次事故中,一根铁钉穿过他的头部,他的性格发生了巨大变化。同样是在那个时候,法国科学家马克·达克斯和保罗·布洛卡在对语言障碍患者的尸检中发现了大脑的一个特定区域(后来被命名为布洛卡区)有损伤,他们各自独立地发现了大脑中的语言产生中心。在这篇文章中,我将描述一个新的病毒与逆行功能以及如何以强大的方式使科学家能够进入神经元。继续阅读以了解逆行功能是什么以及如何让我们更好地访问,最终更好地了解大脑。

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用大脑结构来理解大脑功能

到目前为止的科学家已经确定了180脑区。这种地理位置和大脑通过这些区域与自身连接的方式对于理解大脑是如何运作的都很重要。大脑中这些连接的基础是神经元!神经元非常酷,因为它们可以传递信息,例如,从180个区域中的一个到另一个区域,或者从大脑到身体的其他部分。因此,通过简单地观察神经元是如何在物理上连接的,我们就可以开始了解大脑是如何工作的。这有点像“头骨连接着颈骨”,但有一千亿个神经元和一百万亿连接(突触),所以它太长了,不能编成一首歌。

前套和逆行神经元示踪剂由于神经元是极性的,因此它们的连接是定向的,因此意大利信息通常从细胞体(或含有核的SOMA)流到轴突终端。当研究特定的大脑区域时,重要的是要知道它的信号是什么领域,以及它的信号到它的信号。为了解决这个问题,有两种神经元描绘方法(图1):一个是可视化神经元的发送信息到区域(逆行跟踪器,图1A),另一个用于可视化神经元收到来自区域的信息(Anterograde示踪剂,图1B)。示踪剂通常被传送到特定位置,并且它们要么向轴轴(缠绕术曲线)或轴线端子上游的迹象到SOMA(逆行示踪器)(图2)。

神经元描绘及逆行和顺行神经元示踪

病毒作为神经元手术刀

病毒是良好的示踪剂,因为它们可以注射到大脑中并有效地将遗传信息提供给基于的特定细胞类型病毒取向。病毒还具有与传统示踪剂的主要优势,因为除了提供视觉标记外,它们还可以提供能够操纵这些神经元的遗传工具。虽然某些病毒(例如,狂犬病)自然地表现出逆行传输,因此可以进行逆行跟踪,其中许多病毒表现出毒性,低表达或可扩展性差的技术限制。腺相关病毒(AAV)是一个优选的病毒在活的有机体内然而,使用较低的免疫原性和高转基因表达,大多数AAV血清型表现出相对较低的逆行运输效率。

因为高效的逆行获取神经元是一项非常强大的技术,科学家们Janelia研究校园加州大学伯克利分校最近设计了一种AAV变体,不仅维持有效地感染神经元和直接高水力转基因表达的能力,而且具有可用于监测和映射神经元的逆行功能(Tervo等,2016年)。因此,如果我认为某种大脑区域对饥饿是重要的,我可以用逆行AAV注射它,看看什么神经元和哪些地区连接到它。然后我可以看出刺激这些特异性神经元是否会导致饲养增加。操纵特定神经元传统上是挑战,因为神经元在大脑中有多脑。和逆行AAV.,科学家可以在他们的自然环境中在自然环境中透露特定的神经元,一切都在回想他们最喜欢的口号时,“大脑的看起来是多么酷!”

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逆行AAV可用于询问特定的神经元群体

逆行AAV对传统示踪剂的一个主要优势是它能够为神经讯问提供广泛的遗传工具光学工具化学工具钙离子传感器,以及许多其他的。因此,不仅可以绘制出哪些区域对特定部位发出信号,而且可以在同一只动物中激活、抑制、检测神经元信号,或执行任何其他基因控制功能。

通过使用逆行AAVCre转基因小鼠系,人们可以访问和操纵更明确的神经元种群。例如,假设我想访问所有从海马体到布洛卡区发出信号的神经元。这可以通过向在海马中特异性表达Cre的小鼠的Broca区注射Cre依赖的AAV来实现(图3)。Cre依赖的AAV会接触从大脑其他区域投射到Broca区(注射部位)的所有神经元(图3A)。然而,Cre依赖的AAV cargo只有在Cre重组酶存在时才会被激活,而Cre重组酶仅限于海马。因此,只有从海马体向布洛卡区发送信号的神经元才会被转导(图3B)。这些特定的神经元可以被AAV传递的任何基因工具操纵(例如,激活或抑制)。

逆行AAV分娩

对神经科学的影响

逆行AAV为神经科学领域打开了一扇大门,它以一种新的、具体的方式对神经网络进行测绘和研究。这种新的血清型也有很好的治疗应用;它可以增强治疗药物在大脑更广泛的物理区域的传递,并使接触到物理上被阻塞的神经元,如脊髓中的神经元。

虽然有几种假说,但逆行转运的机制仍不清楚,有待发现。与此同时,逆行性AAV可能会对神经科学产生重大影响,并使科学家能够以新的、令人兴奋的方式来研究大脑。

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参考文献

1。Tervo,D. Gowanlock R.等人。“设计师AAV Variant允许有效的逆行进入投影神经元。”神经元92.2(2016):372-382。PubMed.PMID:27720486

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