體內(nèi)跟蹤單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞及其突觸分布

日期：2010-07-14 10:16:12

近日，美國(guó)斯坦福大學(xué)霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所，著名華人神經(jīng)生物學(xué)家駱利群博士課題小組的李凌博士及同事開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)能夠在成體水平小鼠腦區(qū)的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中特異性標(biāo)記單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞及其神經(jīng)突觸分布形式的技術(shù)。

該項(xiàng)技術(shù)利用轉(zhuǎn)基因方法在小鼠不同腦區(qū)的神經(jīng)元細(xì)胞可控地表達(dá)不同的熒光蛋白和Synaptophysin (突觸囊泡蛋白)，應(yīng)用不同分子標(biāo)記對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞及其突觸進(jìn)行特異性標(biāo)記，能夠在單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞水平上提供詳盡的三維神經(jīng)突觸分布信息，從而了解單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞在復(fù)雜腦區(qū)回路的連接機(jī)制，對(duì)于破譯大腦復(fù)雜神經(jīng)回路提供了方法學(xué)上的可能。該項(xiàng)成果已經(jīng)發(fā)表在近日的PLoS ONE雜志上。

現(xiàn)代神經(jīng)生物學(xué)的一個(gè)重要課題就是怎樣破解哺乳動(dòng)物甚至人類(lèi)的高度復(fù)雜化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ---大腦。神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元細(xì)胞功能和結(jié)構(gòu)上的多樣性，神經(jīng)回路的高度復(fù)雜性對(duì)這個(gè)當(dāng)代神經(jīng)生物學(xué)的關(guān)鍵性問(wèn)題提出了極大的挑戰(zhàn)。此項(xiàng)全新的神經(jīng)元標(biāo)記方法無(wú)疑提供了有力工具。此項(xiàng)技術(shù)可以顯示轉(zhuǎn)基因小鼠大腦的不同區(qū)域在不同發(fā)育階段的各種特異性神經(jīng)元及其突觸分布形式，這將使神經(jīng)生物學(xué)家能夠了解大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的詳盡信息，有助于對(duì)大腦工作方式進(jìn)行深入研究。能夠直接地、實(shí)時(shí)地觀(guān)測(cè)到活體實(shí)驗(yàn)小鼠大腦中未分化的細(xì)胞一步步發(fā)育為單個(gè)的復(fù)雜神經(jīng)細(xì)胞，然后形成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于未來(lái)的神經(jīng)回路研究領(lǐng)域意義重大。該技術(shù)不僅能推動(dòng)在正常或病態(tài)腦中的測(cè)繪工作，而且還可以推廣用到其他復(fù)雜細(xì)胞群中，例如免疫系統(tǒng)或者造血干細(xì)胞系統(tǒng)等等。

李凌博士曾經(jīng)就職于麻省理工學(xué)院（MIT）著名的懷特海（Whitehead）研究所，在美國(guó)著名科學(xué)院院士Harvey Lodish的實(shí)驗(yàn)室工作期間發(fā)表于《科學(xué)》（Science）雜志的學(xué)術(shù)論文，揭示了microRNA功能，被評(píng)選為2004年十大科學(xué)研究突破之一。 2005年李凌博士加入斯坦福大學(xué)駱利群實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了對(duì)哺乳動(dòng)物神經(jīng)回路發(fā)育的研究。在此期間，李凌及其同事發(fā)現(xiàn),目前的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究極大地受限于神經(jīng)細(xì)胞標(biāo)識(shí)技術(shù)，因此致力于開(kāi)發(fā)單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞的標(biāo)記方法。李凌博士及其同事已經(jīng)利用該技術(shù)對(duì)小鼠小腦進(jìn)行了初步研究，結(jié)果顯示小鼠小腦中的顆粒細(xì)胞（granule cell）的神經(jīng)突觸密度比人們以前的估計(jì)高出一倍，這意味著小鼠小腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比以前的估計(jì)還要復(fù)雜。目前，世界最著名的生物制藥公司之一基因泰克（Genentech）已經(jīng)向斯坦福大學(xué)購(gòu)買(mǎi)了此項(xiàng)專(zhuān)利，并已開(kāi)始將其用于對(duì)人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病及相關(guān)藥物的研究和開(kāi)發(fā)。