华裔科学家Cell上公布细胞成像技术大突破

【字体: 时间:2006年08月01日 来源:生物通

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生物通报道:借助一种新的成像系统,麻省理工的研究人员首次看到了观看到了活体动物大脑中的神经元如何根据经验而改变。麻省理工Picower学习和记忆研究所的研究人员首次看到基因如何定形大脑对环境的反应。这项研究的结果刊登在7月28日的Cell杂志上。文章的第一作者是Picower研究所的华裔科学家王宽宏(Kuan Hong Wang)。今年秋天,他将会在美国神经健康研究所拥有自己的实验室。

这项研究代表了一项技术突破。研究首次证实人们能够在单细胞水平上,直接观看活体动物中单个神经元的分子活动,并且能够观察到同一个神经元在环境发生变化时的活动变化。

这项成果与其他的大脑疾病模型相结合将能够促使人们在了解实时病理过程方面空前的进步,从而开发出治疗一系列神经疾病和精神疾病的新药。

王博士和同事发现视觉经验会诱导一种充当过滤器的蛋白质Arc。这种蛋白质能够提高大脑对视觉刺激的总体选择性。之前,人们在大脑海马区域发现Acr蛋白,并且它被认为通过加固突触来协助储存长期记忆。现在,Picower研究人员意外地发现Arc还能抑制低取向选择性(low orientation selectivity)神经元的活动。

因此,在Arc的帮助下,视觉皮层中的总体取向选择性被视觉经历而显著变化。这就好比一架照相机:随着时间的推移而学会更好地调焦。研究人员推测这种分子过滤机制还对大脑其他的信息处理系统有一定的影响。

虽然年幼动物出生时已经有一些神经元能够感知特定方向的光线,但检测这些方向的能力能随着经验而提升。动物接触到的形状、物体和光线越多,它就能越好地识别他们。

神经元或一个轴突具有根据经验来改变的惊人的可塑性能力。轴突韧度的变化需要迅速的蛋白质合成。但是人们分子水平上促进这种经验依赖性视觉皮层取向选择变化的因子却几无所知。

为了更好地解开这个难题,麻省理工的这个研究组发明了一种最新的成像系统。在该系统中,透明的头盖形观察窗(transparent cranial windows)被放置在主要视觉皮层上,因此使研究人员能够实时监控活体小鼠大脑中蛋白质的表达。

这项研究利用了双光子显微镜方法(即利用两个红外光子在组织中发射荧光),从而使活组织成像深度达1毫米深——这已经足够使研究人员能够观察到大脑中单个神经元中的蛋白质表达。

接着,他们构建触一种小鼠模型。该小鼠模型的Arc基因的一部分密码被一种编码绿色荧光蛋白(GFP)的水母基因所取代。通常能活化Arc基因的神经元活动也同时活化了GFP,从而使研究人员能够利用双光子显微镜观察荧光轨迹。这种方法使研究人员能够成像由视觉经验诱导的神经元活动模式,因此揭示出Arc蛋白质在编排神经元对天然感观刺激的反应中的功能。(生物通记者杨遥)
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