為了搞懂神經元如何精準連接，科學家解剖了9000多個果蠅大腦 | 斯坦福大學
兩種蛋白質里應外合
白交 發自 凹非寺
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為了搞懂神經元之間如何連接，科學家們竟然解剖了9000多個果蠅大腦？！
斯坦福大學神經生物學的大牛駱利群團隊，真就干了這件事兒，其研究成果刊登在《Neuron》。
人的大腦就像是個極其精密復雜的通信網絡。它擁有近860億個神經元，他們之間有近一百萬億個連接（10的14次方）。
神經元之間的精準連接，是所有神經系統功能的基礎。人類也得以通過這些連接感知外部世界，并采取相應的行動。
但要是中間出現差錯，大腦就會宕機出bug，嚴重者還會導致智力障礙、自閉癥等疾病。
于是乎，為了搞懂背后的機制，這個團隊前后花了20多年，還解剖了9000多個果蠅大腦。
解剖9000多個果蠅大腦
前面提到，神經系統異常復雜。一個成年人的大腦會形成一百萬億次神經元連接；即便像果蠅這種簡單的生物體，它的大腦中也有近20萬神經元，形成一千萬個連接。
時至今日，大腦主要蛋白質結構和突觸連接機制已經揭示，主要發現了兩種指導神經元布線的分子——
轉錄因子和細胞表面蛋白（CSP）?。
轉錄因子，作為指揮官，位于細胞核內，決定著細胞的形態和功能；而CSP，則是通過與細胞環境相互作用來執行指令。
于是乎，科學家就推測，轉錄因子通過調節CSP表達來控制神經元的布線，即神經元之間的精準連接。
但過去，這種因果關系僅在少數孤立的案例中得到驗證。
而且據科學網報道，本次研究共同一作謝琦婧還表示， 也不清楚轉錄因子是通過調節哪些細胞的表面蛋白來發號施令。
早在20年前，該團隊就發現有種轉錄因子——嗅覺感知因子Acj6，可以控制一部分觸覺投射神經元的精準連接，但缺少直接測定蛋白表達的方法。
而又在兩年前，另一位共同一作李介夫解決了這一難題，他們開發了一種可標記細胞蛋白的方法，用定量質譜策略來鑒定蛋白質。
基于這種方法，以Acj6為對象，團隊這次終于搞清楚了它是如何通過調節CSP的表達，來控制果蠅嗅覺投射神經元（PNs）的精確樹突靶向的。
首先，他們首先在野生型和突變型中在PNs進行了細胞表面蛋白組定量分析。
并通過蛋白組信息遺傳篩選，確定了許多執行Acj6連接指示的PN表面蛋白。
這些蛋白包括了典型的細胞粘附分子，以及以前沒被發現有關的蛋白，如機械敏感離子通道Piezo。
綜合遺傳分析顯示，Acj6在不同類型的PN中采用了獨特的細胞表面蛋白集進行樹突定向，而Acj6聯合表達可以拯救Acj6突變體的表型，其效力和廣度高于單個執行器的表達。
換言之， Acj6通過表面蛋白的不同組合表達來控制不同神經元類型的布線特異性。
值得一提的是，據科學網報道，謝琦婧透露，為了得到足夠多的樣品，她在團隊幫助下耗費數月時間，解剖了不下9000只果蠅的大腦。
除此之外，他們還展示了神經元表面蛋白間的遺傳相互作用模式。
駱利群團隊
這篇論文來自是斯坦福大學神經生物學駱利群實驗室。
共同一作分別兩位博士謝琦婧和李介夫，唯一通訊作者為駱利群。
他15歲考入中科大少年班，畢業時以獲得了郭沫若獎學金。
畢業后他前往美國布蘭迪斯大學生物系攻讀博士，并在UCS做博士后研究。
1996年，他在斯坦福生物系開設了實驗室，研究成年人的神經回路是如何組織起來執行特定功能的，以及發育過程如何組裝。
2012年，他被雙雙評為美國國家科學院院士、美國藝術與科學院院士。
他撰寫的《神經生物學原理》被廣泛用于世界各地的本科和研究生課程。
他曾擔任Neuron、eLife、Annual Review of Neuroscience、Cell、PNAS等多個科學期刊的編委。
對于本次研究的意義，作者表示，為接下來研究轉錄因子功能與機理提出一個新策略和方法。
一方面，可以更好了解人類以及其他動物大腦，如何生長發育；另一方面，也幫助人們了解哪些基因突變會帶來疾病，從而進行預防和治療。
論文鏈接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)00403-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0896627322004032%3Fshowall%3Dtrue#00403-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0896627322004032%3Fshowall%3Dtrue#)
參考鏈接：
[1]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/6/481723.shtm
[2]https://profiles.stanford.edu/liqun-luo
[3]http://alumni.cas.cn/hwyy/202010/t20201022_4558612.html
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