Cell突破性成果:骆利群实验室利用活体成像揭示果蝇嗅觉神经环路的发育机制

2021
09/24

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生物世界
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来源| 小柯生命

在大脑发育过程中,数量众多的神经元同时在大脑中搜索需要连接的神经元,他们是如何做到目的地的精确定位的?

2021年9月21日,斯坦福大学 骆利群 实验室在 Cell 发表了题为: Cellular bases of olfactory circuit assembly revealed by systematic time-lapse imaging 的研究论文。

在这篇论文中,骆利群实验室的李童超及其同事们 利用活体成像对果蝇嗅觉神经环路的发育进行了研究

神经的特异性生长和环路的组装 被认为是大脑发育领域的核心问题。该研究的最大突破是 建立了一套可用于果蝇大脑神经环路发育的活体成像系统,将填补大脑神经发育的细胞生物学与遗传学之间的鸿沟。


本研究利用果蝇的嗅觉神经环路发育为研究体系,开发了基于果蝇触角-大脑的体外培养系统,通过高分辨率长时段活体成像,首次观测了来自触角的30种嗅觉感觉神经轴突是如何长到大脑的特定区域的。他们的发现表明,不同类型的嗅觉感觉神经在寻找目标区域的过程中,分别采取了不一样的策略,表现出了生长行为的多样性。

 
骆利群实验室和来自珍利亚研究园区 (Janelia Research Campus) 埃里克·贝齐格教授 (Eric Betzig,2014年诺贝尔奖得主) 及其博士后符天明合作,利用一种带有自适应光学校正 (一种来源于天文望远镜的光学校正技术) 的晶格层光显微镜 (MOSAIC microscope) ,他们首次发现了一种位于轴突末端的新亚细胞结构试探分枝 (exploring branches) ,被用于轴突末端接近目标的时候探测目标信号。

 
此外,他们发现神经在大脑中生长的时候,表现出和单个神经在培养皿中生长时完全不同、甚至相反的细胞骨架 (此前教科书的经典模型) 。他们的发现表明,基于活体大脑内部神经生长的观测,对于了解正常的神经发育至关重要。


利用微手术操作对发育过程中单侧的嗅觉感受神经进行切除,他们还发现在发育过程中双侧的嗅觉感受神经需要彼此去生长到正确的对侧目的嗅球,揭示了左右半脑在发育过程中重要的协同作用。


本文的最大突破是建立了一套可用于果蝇大脑神经环路发育的活体成像系统,将填补大脑神经发育的细胞生物学与遗传学之间的鸿沟。

论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.08.030
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关键词:
发育,大脑,神经,研究,生长

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