Nat Med推出強大的大腦研究新工具：超越之前的多種技術方法
日期：2016-12-28 08:57:50
人類的大腦被認為是我們這個宇宙中最復雜的構造，它包括860億個神經元，以及數萬億未知的映射連接。幾千年來，科學家們一直汲汲于了解其產生行為的機制，這也是解答如何治療精神失序癥的關鍵所在。
正是由于人類大腦的復雜性，因此科學家們選擇了線蟲這種更為簡單的生物模型。線蟲大小僅為1毫米，神經系統只包含302個神經元，目前完全繪制出的神經環路約為6,000個連接，由于它的易操作性和它的發育特性，這種微小、透明的蟲子已經成為基礎研究最重要的模式生物。近30年來，科學家們研究了線蟲的多個單神經元之間的連接。而且盡管神經元的數目較少，但其神經網絡具有高度的復雜性和復雜行為的輸出，也包含饑餓時尋找食物，以及社會行為等，因此線蟲是研究腦功能的一種重要動物。
了解線蟲的中樞神經系統的工作原理將有助于幫助我們了解我們自身大腦的復雜功能，近期加州理工大學，紐約理工學院的研究人員研發了一種新型的線蟲 GAL4-UAS 系統——cGAL，極大的節約了時間和成本，將為未來的腦科學研究提供強有力的助力。
這一研究成果公布在12月26日的Nature Methods雜志上。
UAS-GAL4系統是果蠅遺傳學中一種常用的異位表達系統。UAS (upstream active sequence，UAS)上游激活序列，是酵母中一種類似高等真核生物增強子的序列。GAL4 (GALactose—regulated upstream promoter element，GAL半乳糖凋節上游啟動子元件) 是一個酵母轉錄激活因子。與原核生物乳糖操縱子相似，在酵母中GAL4與UAS結合可以調節與半乳糖代謝相關基因的表達。
對于腦科學來說，研究人員需要操控單個神經元的活動，使其任意的打開或關閉。要實現這一點并不容易，一些科學家研發了比如藥物，或者光照等工具，來激活或沉默他們需要的神經元，但這些細胞特異性的系統都需要針對每種研究人員感興趣的神經元進行定制，十分麻煩。
最新研究中，紐約理工學院的Navin Pokala博士將酵母UAS-GAL4系統用于線蟲表達基因，既可以減少UAS-GAL4系統細胞特異性波動所需的工作，又可以通過簡單的配對，減少定制的過程。這個系統被命名為cGAL，cGAL無需針對每個細胞和激活器構建新的DNA和轉基因動物，只要與已建動物簡單配對，就能完成實驗，極大的減少了時間和成本。
Pokala和他的合作者下一步計劃進一步探索GAL4-UAS 系統，希望能更精確的控制基因表達，新轉基因動物的方便性有助于神經細胞中細胞的系統波動，從而 Pokala等人可以建立一個數據庫，將神經波動與行為聯系起來。這樣結合之前繪制的神經環路，這一數據庫就能用于研發和檢測神經細胞功能模型了。
