基于条形码标记狂犬病毒的原位连接组学用于高通量神经回路重建

《Nature Communications》：Barcoded Rabies In Situ Connectomics for high-throughput reconstruction of neural circuits

　　

摘要

要机制性地理解神经元网络如何执行神经计算，需要了解其底层的突触连接性。然而，当前重建突触连接的方法极为费力，且通常仅限于映射邻近神经元之间的连接。在此，我们开发了条形码狂犬病原位连接组学（Barcoded Rabies In Situ Connectomics, BRISC），该方法利用携带随机分子条形码的狂犬病病毒，平行映射数百个神经元的局部和长距离单突触输入。为确保大多数突触后起始神经元被独特的条形码序列唯一标记，我们生成了具有足够多样性的狂犬病病毒文库以标记>1000 个神经元，并通过限制其密度来控制起始神经元之间条形码传递的概率。我们应用 BRISC 来映射小鼠初级视皮层中单神经元的输入。我们原位读取狂犬病感染神经元中病毒条形码的表达，保留了空间信息。随后，我们匹配了起始神经元与突触前神经元之间的条形码序列，映射了 385 个神经元的输入并鉴定了 7,814 个推定的突触连接，揭示了局部连接规则的层特异性及细胞类型特异性以及长距离输入的拓扑组织。这些结果表明，BRISC 可以同时解析数百个神经元的突触连接性，使得以前所未有的规模重建神经回路成为可能。