十一月20,2018

建立小鼠脑功能图谱

乍看上去

  • 研究人员在小鼠下丘脑区域中控制主要社交行为的区域制作了脑细胞图集。
  • 该方法可以使科学家绘制出大脑其他部位的图,以更好地了解其组织如何构成行为和健康的基础。
小鼠下丘脑的鱼尾图像 小鼠大脑下丘脑前视区的成像细胞。不同的颜色说明了MERFISH成像发现的一些细胞多样性。 庄小伟和凯瑟琳·杜拉克实验室

大脑是一个极其复杂的器官。身体的许多部分(例如肝脏)具有对称的结构。相比之下,大脑是一个复杂的细胞类型,它们以复杂的方式相互作用,因此很难研究。如果科学家能够绘制出大脑不同部位的结构和功能图,那将有助于他们更好地了解其疾病和病症。

博士领导的研究人员。哈佛大学的凯瑟琳·杜拉克(Catherine Dulac)和庄小伟(Xiaowei Zhuang)着手了解小鼠大脑中称为下丘脑视前区的大脑细胞或神经元的组织方式。大脑的这一部分控制着重要的社交行为,包括养育子女,交配和攻击性行为。它还有助于调节口渴和睡眠等基本需求。

该团队首先在从小鼠视前区获取的组织样本中使用了一种称为单细胞RNA测序的工具。单细胞RNA测序可以识别在细胞中开启或“表达”的基因。这提供了有关单个神经元做什么的信息。但是必须使用这种技术从周围组织中去除细胞。因此,它无法提供有关神经元如何物理组织的信息。

为了观察细胞类型的空间组织,研究人员使用了一种称为MERFISH的技术。在MERFISH中,为不同基因的RNA分配了唯一的条形码。使用多个荧光探针检测条形码。这种方法可以识别单个RNA分子并将其定位在完整组织的细胞内。单个细胞的表达谱揭示了它们在空间中的组织方式。

研究人员结合了这些技术,在大脑区域创建了一个“细胞图集”,既显示了神经元组的功能又显示了其结构。这项工作部分由NIH国家心理健康研究所(NIMH)和其他机构资助。结果于2018年11月16日发布在 科学.

通过结合他们的MERFISH数据和单细胞RNA数据,该团队确定了下丘脑中约70组神经元,它们具有不同的RNA表达谱,空间组织和功能,例如感知温暖和检测激素。

为了确定哪些神经元群体参与特定的社会行为,研究人员在观察小鼠的养育,交配或攻击行为后,立即使用MERFISH探测了脑组织。对于每种行为,MERFISH在不同的神经元簇中均显示出高活性。这表明在视前区的神经元的不同组有助于调节这些不同的行为。 MERFISH还显示,在雄性和雌性小鼠的养育行为中,不同组的神经元是活跃的。

实验室技术的这种结合提供了大脑的细胞,分子和功能组织的视图。杜拉克说:“以前没有人将这三种观点结合在一起。” “我们现在以前所未有的方式了解几种行为。”

研究人员正计划使用这些技术来研究下丘脑中的神经元群之间如何通信。该方法还可用于研究与其他行为或脑部疾病有关的细胞群。

相关链接

参考文献: 下丘脑前视区的分子,空间和功能性单细胞分析。 Moffitt JR,Bambah-Mukku D,Eichhorn SW,Vaughn E,Shekhar K,Perez JD,Rubinstein ND,Hao J,Regev A,Dulac C,Zhuang X. 科学。 2018年11月16日; 362(6416)。 pii:eaau5324。 doi:10.1126 / science.aau5324。 Epub 2018年11月1日。PMID:30385464。

资金: NIH国家心理健康研究所(NIMH),Eunice Kennedy Shriver国家儿童健康与人类发展研究所(NICHD)和国立眼科研究所(NEI);克拉曼细胞天文台;和霍华德·休斯医学研究所。