Front Neuroanat:新型改进型技术或能绘制出斑马鱼的脑细胞连接性

发布时间:2021-11-01 10:01:45
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2021年10月31日 讯 /生物谷BIOON/ --幼年斑马鱼(Danio rerio)的小尺寸和半透明特性使其成为了一种能研究全脑神经回路结构和功能的独特实验性系统;然而,大多数神经元类型之间的连接模式仍然是未知的;这一知识差距或许就强调了科学家们对有效的神经回路绘图工具的迫切需求,尤其是那些能整合结构和功能分析结果的工具。近日,一篇发表在国际杂志Frontiers in Neuroanatomy上题为“Cre-Dependent Anterograde Transsynaptic Labeling and Functional Imaging in Zebrafish Using VSV With Reduced Cytotoxicity”的研究报告中,来自弗吉尼亚理工大学等机构的科学家们通过研究开发了一种改进型的方法来绘制斑马鱼的大脑结构,这一研究进展或能帮助理解人类大脑的功能。


对9天大斑马鱼进行视网膜受体神经元的标记。
图片来源:Albert Pan for Virginia Tech

研究者Yuchin Albert Pan说道,大脑的线路图或许是一种能帮助理解疾病关联性的强大工具,比如,自闭症谱系障碍的主要特点就是缺少长距离连接以及大脑局部连接的增加,而大多数的神经精神性障碍都存在大脑连接方面的问题。虽然人类大脑非常复杂,但斑马鱼的大脑与所有脊椎动物一样都有一种共同的框架;确定神经元细胞的结构和功能及其在大脑之间连接的方式或能提供重要线索来帮助更精确地治疗神经性疾病和眼睛损伤。

这篇研究报告中,研究人员报道了一种改进型基于病毒的特殊技术,其能利用水泡口炎病毒(VSV)来追踪斑马鱼不同神经元之间的大脑连接,同时还能在病毒扩散到功能性连接在一起的神经元之间的突触连接时对细胞进行标记。截止到目前为止,研究人员在斑马鱼中使用病毒载体是非常有限的,因为诸如狂犬病毒或腺相关病毒等病毒通常能被科学家们用来在哺乳动物中将分子转移到细胞中,而在鱼类中则是无效的。

为了克服这一限制,本文中研究人员尝试并证实了利用VSV来追踪斑马鱼神经元中的连接模式,随后他们对病毒进行工程化改造来标记兴奋性和抑制性的神经元,其能通过一种名为突触的纳米结构来进行连接。在本文研究之前,研究人员已经成功使用了该方法,但该技术的改进型第二代版本使用了VSV的突变形式,其毒性较小且能在细胞中长期存活,从而就会使得连接的神经元可视化,同时还使得在感染后的5天对这种连接进行分析成为可能。


图片来源:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnana.2021.758350/full

研究者表示,这的确让人非常兴奋,因为我们不仅能记录活动还能指导所参与的细胞类型以及其是如何进行连接的。这种独特的病毒追踪剂得益于较低的细胞毒性,其能促进病毒感染的神经元维持细胞的完整性并表达荧光指示剂从而揭示视觉刺激期间神经元的活性;此外,这种技术还能帮助定义神经元类型,比如,在视觉刺激期间神经元就会转变为兴奋性神经元或抑制性神经元。

研究者Stanislav Kler说道,大部分神经元类型之间的连接模式都是未知的,这一知识差距或许就强调了科学家们开发有效的神经回路绘图工具的需要;而这也能帮助研究人员更进一步理解大脑储存和处理信息的方式,以及如何操控这些回路来改善机体健康。本文研究结果对于进行人类视觉研究也非常有意义;为了在影响眼睛本身(包括眼睛中的细胞投射到大脑深处的结构,用来处理视觉信息)的疾病或损伤后恢复视力,眼睛就需要连接到大脑中的正确位置;幼年斑马鱼的小尺寸和半透明性或许就使其能作为一种独特的实验模型来帮助调查整个大脑的神经回路;目前从事视觉再生研究的科学家们正在阐明是否存在这种功能性的连接。

综上,本文研究结果表明,TRAS-M51R技术或许适合于整合结构连接性、细胞类型特征以及神经生理学的神经回路研究。

来源:生物谷