斯坦福大學(xué)的一種新分子探針可以幫助揭示我們的大腦如何思考和記憶。這種工具被稱為快光和鈣調(diào)節(jié)表達(dá)或 FLiCRE(發(fā)音為“閃爍”)，可以發(fā)送到任何細(xì)胞內(nèi)以執(zhí)行各種研究任務(wù)，包括標(biāo)記、記錄和控制細(xì)胞功能。
“這項(xiàng)工作達(dá)到了神經(jīng)科學(xué)的一個(gè)中心目標(biāo)：如何找到思想或認(rèn)知過(guò)程背后的神經(jīng)元系統(tǒng)?神經(jīng)科學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直想要這種類型的工具，”該學(xué)院的遺傳學(xué)教授 Alice Ting 說(shuō)。斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院和生物學(xué)人文科學(xué)學(xué)院的團(tuán)隊(duì)與斯坦福大學(xué)精神病學(xué)家和生物工程師 Karl Deisseroth 的實(shí)驗(yàn)室共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作。
12 月 11 日發(fā)表在《Cell》雜志上的一篇論文詳細(xì)介紹了概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，研究人員使用 FLiCRE 拍攝了與小鼠回避行為相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)快照。通過(guò)將 FLiCRE 快照與 RNA 測(cè)序結(jié)合起來(lái)，他們發(fā)現(xiàn)這些激活的神經(jīng)元主要屬于單一細(xì)胞類型，僅使用遺傳工具是無(wú)法訪問(wèn)的。然后，他們將 FLiCRE 與視蛋白(Deisseroth 開(kāi)發(fā)的一種利用光控制神經(jīng)活動(dòng)的蛋白質(zhì))結(jié)合使用，在一天后重新激活這些相同的神經(jīng)元，從而導(dǎo)致小鼠避免進(jìn)入某個(gè)房間。研究人員研究的大腦區(qū)域稱為伏隔核，被認(rèn)為在人類精神疾病(包括抑郁癥)中發(fā)揮著重要作用。
模塊化分子技術(shù)
FLiCRE 由兩條分子鏈組成，可對(duì)藍(lán)光和鈣的存在做出反應(yīng)。這種光敏感性使研究人員能夠精確控制實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，而鈣幾乎是細(xì)胞活動(dòng)的通用指標(biāo)。為了將 FLiCRE 放入細(xì)胞內(nèi)，研究人員將其分為兩部分，包裝在無(wú)害的病毒中。FLiCRE 的一部分附著在細(xì)胞膜上，含有一種蛋白質(zhì)，可以進(jìn)入細(xì)胞核并驅(qū)動(dòng)研究人員選擇的任何基因的表達(dá)。FLiCRE 的另一部分負(fù)責(zé)在某些特定條件下釋放蛋白質(zhì)，即鈣濃度高且細(xì)胞沐浴在藍(lán)光下。
現(xiàn)有的標(biāo)記技術(shù)需要數(shù)小時(shí)才能激活，而 FLiCRE 標(biāo)記過(guò)程只需幾分鐘。研究人員還設(shè)計(jì)了 FLiCRE，以便他們可以使用標(biāo)準(zhǔn)基因測(cè)序來(lái)查找 FLiCRE 激活的細(xì)胞。這使得他們能夠同時(shí)研究數(shù)以萬(wàn)計(jì)的細(xì)胞，而其他技術(shù)往往需要分析多個(gè)顯微圖像，每個(gè)圖像包含數(shù)百個(gè)細(xì)胞。
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