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Cell：首次构建出整个神经系统的完整基因表达图谱

2021
07/30
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生物谷
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鉴于指导这种线虫神经系统发育和功能的遗传规则也可能在人类大脑中运作，我们期望这个独特的基因表达数据集将成为破译大脑遗传基础的宝贵基础。这些数据将促进假设驱动的研究，探究基因如何指定不同的神经元类型，它们如何建立和维持连接，以及它们如何影响行为。


人类的大脑有1000亿个神经元，而秀丽隐杆线虫只有302个。秀丽隐杆线虫雌雄同体共存在118种神经元类型。

在一项新的研究中，美国范德堡大学细胞与发育生物学系研究助理教授Seth Taylor和David Miller教授与来自哥伦比亚大学和耶鲁大学的研究人员一起构建出秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）雌雄同体神经系统中所有神经元的基因表达图谱。他们的数据补充了这种线虫神经系统的已知接线图，首次绘制了整个神经系统中每个神经元的基因表达的完整图谱。相关研究结果近期发表在Cell期刊上。



这些作者使用范德堡大学开发的流式细胞仪方法来捕捉每一种类型神经元的基因表达谱，并将这些数据分享给任何人，以研究神经元中的单个基因如何对神经系统的功能作出贡献。

为了说明这种方法，他们使用计算方法来确定控制特定神经元中基因表达的DNA区域，以及可能维持突触形成的粘附蛋白，其中突触是神经元之间的连接，所有的大脑活动都是从突触开始的。

他们的研究结果表明，每种神经元类型可以完全通过特定基因家族的组合表达来识别。比如，每种神经元类型表达大约23个神经肽基因和大约36个神经肽受体的不同编码，勾勒出一个复杂而广泛的“无线”信号网络。

为了展示这个全面的基因表达目录的实用性，他们用计算方法确定了神经元特异性基因表达的顺式调控序列元件，并揭示了在突起定位和突触特异性方面具有潜在作用的粘附蛋白。他们的基因表达数据可在https://cengen.org访问，并可在网络应用程序Cengenapp进行查询。他们期望这个神经元特异性基因表达目录将刺激对确定秀丽隐杆线虫整个神经系统的解剖结构、连接和功能的潜在机制的调查。


图片来自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.06.023。

Miller说，“鉴于指导这种线虫神经系统发育和功能的遗传规则也可能在人类大脑中运作，我们期望这个独特的基因表达数据集将成为破译大脑遗传基础的宝贵基础。这些数据将促进假设驱动的研究，探究基因如何指定不同的神经元类型，它们如何建立和维持连接，以及它们如何影响行为。”

通过分享他们的数据，Miller及其同事们旨在为研究神经系统以及基因缺陷如何影响大脑功能和设计的科学家们创造机会。Miller说，“我们期望我们的发现将刺激这些长期努力。”

参考资料：
Seth R. Taylor et al. Molecular topography of an entire nervous system. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.06.023.

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关键词:
神经系统,Cell,隐杆线虫,神经元,基因

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