革命性的方法绘制大脑单神经元分辨率成功了
MAPseq使用RNA序列快速和廉价地找到成千上万的神经元的不同的目的地——在一个实验在一个动物
的细节映射大脑的一个革命性的新方法解决个人neurons-successfully在老鼠的大脑会被刊登在杂志上神经元。
的新方法,称为MAPseq(多路复用分析预测的测序),可以在一个单一的实验跟踪大量的单个神经元的长期预测一个特定的区域或地区无论他们大脑中的铅实验很多次便宜,比现有映射技术允许劳动密集型和耗时。
虽然许多重要的脑成像项目正在进行中,所有的这些努力获得“连接体”,或线路地图,依靠显微镜及相关光学仪器的无数线型预测跟踪链接到其他神经元,神经元远近。有史以来第一次,MAPseq”大脑的任务映射转换成RNA序列之一,”它的发明者说,医学博士,博士学位,教授安东尼•Zador冷泉港实验室。
“RNA序列,或“条形码”,我们提供单个神经元是毫无疑问的,”Zador解释说,“这使我们能够确定单个神经元,而不是整个地区,针对具体目标。”
MAPseq不同于所谓的“批量跟踪”现在常用的方法,一个marker-typically荧光蛋白表达的神经元,轴突。这样标记擅长确定所有的神经元在源地区项目的地区,但是他们不能告诉科学家,任何两个神经元在源区域项目相同的区域,不同的区域,或一些相同的地区,一些不同的。无法解决一个神经元的轴突的目的地,细胞通过细胞在一个给定的地区,是什么促使Zador想出一种新技术。
“批量”标签的方法现在广泛使用的地图大脑神经元能够确定的连接在‘源’中带绿色阴影区域(左)项目三个地区(右侧),但不能区分单个神经元的特定目的地在来源地区。MAPseq使这样的区别——在这个例子中,显示神经元轴承特殊的“条形码”(大大减少复杂性出于演示目的)携带这些条形码的3‘目的地’但不一定所有人,或相同的源地区的其他神经元。来源:Zador实验室,3
一种解释MAPseq /批量跟踪方法的优点是想象在一个国际机场,以得到航班上的意图,说,德国。“如果你去国际航站楼,你看到一长串票务柜台,“Zador解释道。“如果你想去德国,是不够采取任何航空公司在国际终端。如果你在柜台排队空气智利,你可能不能为德国买票。”
“那些许多航空公司的柜台附近许多目的地,其中有些重叠,其中一些是独一无二的。可以打印地图的所有外国所有的航空公司从你的机场服务,但这并不能告诉你任何关于个别航空公司和他们去的地方。这是当前标记方法和MAPseq之间的区别。各个航空公司的在我的示例中是相邻神经元在大脑的一部分的路线我们想跟踪。”
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Zador和他的团队,包括贾斯特斯Kebschull,研究生第一作者在他的实验室里神经元论文引入新方法,花了数年时间锻炼技术,使他们独特的barcode-like标识符分配给大量的单个神经元通过单一注射在任何感兴趣的大脑区域。每个注入由释放病毒工程包含了大量的单独池独特的RNA分子,每个的序列组成的——30“字母”,或核苷酸——被单一的神经元。三十个字母收益率许多倍的条形码序列(1018)比鼠标或人类大脑中的神经元,所以这种方法尤其适合于大规模复杂问题,大脑映射的礼物。
注射进大脑的“源”区域包含一个病毒库编码不同的条形码序列的集合,它们与蛋白质工程,旨在把条形码沿着轴突路径。条形码RNA表达高水平的轴突和运入终端源地区注入。在每个神经元,它的轴突形成一个从另一个神经元突触的投影。测试表明,这种技术是可行的——整个大脑,条形码旅行可靠和均匀沿着轴突的“规模”,和“分支点”,突触形式。
大约两天之后的一个或多个注射在一个感兴趣的区域,大脑解剖和RNA被收集并测序。“源”地区的RNA条形码现在与相同的条形码收集遥远地区的大脑。
[[{“栓”:“3140”,“view_mode”:“默认”,“类型”:“媒体”,“属性”:{“alt”:“映射神经通路”,“高”:“177”,“宽度”:“590”,“类”:“media-element file-default“}}]]为了演示MAPseq的能力,Zador的团队注入老鼠大脑的一部分称为蓝斑,位于脑干。经过近2天,皮层分为22片,切割和测序RNA条形码。读数是与条形码序列的细胞在该地区最初的注入,建立单个LC神经元的具体路径。来源:Zador实验室,3
“测序RNA是一种高效、自动化的过程,这使得MAPseq这样一个潜在的激进的工具,“Kebschull说。“除了速度和经济的RNA序列,它有一个巨大的优势是使研究人员可以区分单个神经元在同一地区项目的不同部分的大脑。”
演示MAPseq的能力,Zador的团队注入老鼠大脑的一部分称为蓝斑(LC),位于脑干。去甲肾上腺素的皮质的唯一来源,一种激素,信号的惊喜。Zador的团队利用MAPseq解决一个古老的问题:“惊喜”信号的广播在大脑皮层,或只有特定的地方,在那里,也许最需要的还是有关?
在他们的演示实验,只有RNA在大脑皮层或嗅球测序,与源地区的条形码的LC最初注入。团队将大脑皮层分成22片,每个约300微米厚,切割片。结果是令人兴奋的团队。
“我们发现,LC神经元有多种特殊投影模式,“Zador说。“一些神经元项目几乎都是一个首选的目标在大脑皮层或嗅球。其他神经元项目更广泛地说,虽然弱。”
这些结果,他补充说,“是一致的,调和,对LC预测先前看似矛盾的结果。”The surprise signal can reach most parts of the brain, but there are very specific parts of the brain where the signal is especially focused.
研究小组显示,可以在获得实验结果基于LC注入之一,还有两个注射,两边。已经在进行实验的整个皮质与注射“瓷砖”。希望这将产生第一个连接体整个皮层在单一神经元的决议。
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“一旦我们使用许多注射自动化的过程,我们认为这种实验可以由一个人完成在一两个星期,在一个只有几千美元的成本,“Zador说。“我们非常希望能够做这样的研究在一个动物,这将消除过去的问题注入多个动物跟踪多个神经元,这种方法需要一个让单一地图基于许多大脑,每一个都是有些不同。”
Zador MAPseq的下一个目标就是绘制出大脑各种神经发育和神经精神疾病的动物模型,观察基因突变与因果关系改变大脑回路的结构密切相关,因此,据推测,大脑功能。
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出版
Kebschull JMet al。高通量测序的单神经元预测编码的映射RNA。神经元在线发表在2016年8月18日。doi: 10.1016 / j.neuron.2016.07.036
