病毒的工具痕迹长期神经元活动

在过去的十年中,神经科学家已经使用修改后的版本的狂犬病毒标记神经元和跟踪它们之间的连接。尽管这种技术已经被证明非常有用,它有一个主要的缺点:病毒是细胞毒性,不能用于研究超过大约两个星期。

麻省理工学院和艾伦脑科学研究所的研究人员已经开发出一种新版本的病毒停止复制一旦感染细胞,让它传递遗传物质在不伤害细胞。使用这种技术,科学家应该能够研究几个月受感染的神经元,使长期的研究神经元功能和连接。

“第一代向量,感染的病毒复制疯狂的神经元,不适合他们,”伊恩Wickersham说,首席研究科学家在麻省理工学院麦戈文脑研究所和新研究的资深作者。“第二代,感染细胞正常,正常寻找至少四个月——只要我们跟踪他们,可能对动物的生命周期。”

Soumya Chatterjee艾伦研究所的是论文的主要作者,在3月5日发行的自然神经科学。

使用双光子显微镜,研究人员可以形象荧光细胞活老鼠的大脑中。这两个图片是同一组在视觉皮层神经元的九天(左)和22天(右)注射后的第一代狂犬病病毒载体编码一个红色荧光蛋白。绝大多数感染神经元可见在更早的时间点后成像会话都不见了。

这两个图片显示同一组在视觉皮层神经元4周(左)和8周(右)后注射第二代狂犬病病毒载体编码Cre重组酶,导致这些细胞表达红色荧光蛋白转基因老鼠。所有神经元可见在更早的时间点还出席了之后。

病毒跟踪
狂犬病病毒非常适合跟踪神经连接,因为他们已经进化到传播从一个神经元传到另一个神经元通过连接称为突触。病毒也可以传播终端的轴突回相同的神经元的胞体。神经科学家可以工程师病毒携带荧光蛋白的基因,用于成像,或光敏蛋白质,可用于控制神经元活动。

2007年,Wickersham证明一个修改版的狂犬病毒可以用来跟踪只有直接连接神经元之间的突触。在此之前,研究人员已经使用狂犬病毒类似的研究,但他们无法防止它蔓延在整个大脑。

通过删除病毒的5个基因,编码的一种糖蛋白通常发现感染细胞表面,Wickersham能够创建一个版本,只能传播最初神经元直接接触受感染的细胞。这个2007年修改使科学家能够执行“单突触的跟踪”技术,使他们能够识别受感染的神经元,神经元之间的联系,提供输入。

这第一代的狂犬病毒也可以用于修改相关的技术称为逆行瞄准,病毒可以被注入到一个集群的轴突码头,然后回到细胞体的轴突。这可以帮助研究人员发现神经元的位置,给病毒注入的冲动。

麻省理工学院的研究人员用逆行目标识别项目数量的基底外侧杏仁核神经元伏隔核或中央内侧杏仁核。在这种类型的研究中,研究人员可以提供optogenetic蛋白质,让他们操作每个人口的细胞的活动。通过选择性地刺激或关闭这两个单独的细胞群,研究人员可以确定其功能。

降低毒性
创建这个病毒工具的第二代版本,克山姆和他的同事删除聚合酶的基因,这对转录病毒基因是必要的。没有这种基因,病毒变得不那么有害和感染细胞能存活更长的时间。在新的研究中,研究人员发现,神经元仍然运转正常,四个月后感染。

“第二代病毒进入细胞有自己的几个副本的聚合酶蛋白及其基因能够开始抄录,包括转基因,我们投入它。但是因为它不是能够使更多的副本的聚合酶,它没有这个指数收购的细胞,并在实践中似乎是完全无毒的,”克山姆说。

聚合酶的缺乏也大大减少了哪个基因的表达研究人员工程师到病毒,所以他们需要雇佣一些额外的基因诡计来实现他们的期望结果。而不是病毒基因荧光或optogenetic蛋白,他们工程师提供一种叫做Cre重组酶的酶的基因,它可以删除目标DNA序列在宿主细胞的基因组。

这种病毒可以用于研究神经元在老鼠的基因组工程包括基因重组酶时打开削减了一小段的DNA。只有少量的重组酶酶需要打开目标基因,这可能代码荧光蛋白或另一种类型的分子标记。第二代病毒也可以在普通老鼠如果研究人员同时工作注入另一种病毒携带recombinase-activated荧光蛋白的基因。

新论文表明,第二代病毒适用于逆行标记,不跟踪细胞之间的突触,但研究人员也开始使用单突触的跟踪。

这篇文章被转载材料所提供的麻省理工学院。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考:
Chatterjee, S。沙利文,h·A。•麦乐伦,b . J。徐,R。侯,Y。拉文,t·K。,。Wickersham i r (2018)。无毒,double-deletion-mutant狂犬病病毒载体逆行投射神经元的定位。自然神经科学。doi: 10.1038 / s41593 - 018 - 0091 - 7