逆行AAV:从Axon到核心的旅程

由莱拉哈利

Leila Haery.

大脑具有结构的概念并不明显。虽然从亚里士多德被认为是心脏的思想中心是长时间的,但直到1700年的科学家都假设并开始收集证据表明大脑具有特殊功能的不同地区。Phineas Gage,人格在一场偶然驾驶铁飙升之后的人格急剧改变的人,是大脑地区和行为之间的联系的着名早期例子。此时,法国科学家Marc Dax和Paul Broca独立地发现了大脑的语音生产中心,当倒药障碍的患者揭示特定大脑区域的病变时,后来命名为Broca的地区。在这篇文章中,我会描述一个新的病毒与逆行功能以及如何以强大的方式使科学家能够进入神经元。继续阅读以了解逆行功能是什么以及如何让我们更好地访问,最终更好地了解大脑。

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利用脑结构理解大脑功能

到目前为止的科学家已经确定了180脑区。这个地理和大脑与这些地区相连的方式都很重要,对理解大脑功能如何。这些联系在大脑中的基础是(鼓卷)神经元!神经元非常酷,因为它们可以从180个区域中的一个或从大脑中的其余部分传送信息。因此,只需查看神经元的物理连接方式,我们就可以开始了解大脑的作品。它有点像“头骨与颈骨有关”,但用百亿神经元和一百万亿个连接(突触),所以要做歌曲太长了。

前套和逆行神经元示踪剂由于神经元是极性的,因此它们的连接是定向的,因此意大利信息通常从细胞体(或含有核的SOMA)流到轴突终端。当研究特定的大脑区域时,重要的是要知道它的信号是什么领域,以及它的信号到它的信号。为了解决这个问题,有两种神经元描绘方法(图1):一个是可视化神经元的发送信息到区域(逆行跟踪器,图1A),另一个用于可视化神经元收到来自区域的信息(Anterograde示踪剂,图1B)。示踪剂通常被传送到特定位置,并且它们要么向轴轴(缠绕术曲线)或轴线端子上游的迹象到SOMA(逆行示踪器)(图2)。

描述神经元和逆行和逆行神经元追踪

病毒作为神经元手术刀

病毒是良好的示踪剂,因为它们可以注射到大脑中并有效地将遗传信息提供给基于的特定细胞类型病毒性的热衷。病毒还具有与传统示踪剂的主要优势,因为除了提供视觉标记外,它们还可以提供能够操纵这些神经元的遗传工具。虽然某些病毒(例如,狂犬病)自然地表现出逆行传输,因此可以进行逆行跟踪,其中许多病毒表现出毒性,低表达或可扩展性差的技术限制。Adeno相关病毒(AAV)是一个优选的病毒体内然而,使用较低的免疫原性和高转基因表达,大多数AAV血清型表现出相对较低的逆行运输效率。

因为有效的逆行进入神经元是一种强大的技术,科学家Janelia研究校园加州大学,伯克利最近设计了一种AAV变体,不仅维持有效地感染神经元和直接高水力转基因表达的能力,而且具有可用于监测和映射神经元的逆行功能(Tervo等,2016年)。因此,如果我认为某种大脑区域对饥饿是重要的,我可以用逆行AAV注射它,看看什么神经元和哪些地区连接到它。然后我可以看出刺激这些特异性神经元是否会导致饲养增加。操纵特定神经元传统上是挑战,因为神经元在大脑中有多脑。和逆行AAV.,科学家可以在他们的自然环境中在自然环境中透露特定的神经元,一切都在回想他们最喜欢的口号时,“大脑的看起来是多么酷!”

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逆行AAV可用于询问特定的神经元人群

逆行AAV对传统示踪剂的一个主要优势是它能够为神经讯问提供广泛的遗传工具光学工具化学工具钙传感器和许多其他人。因此,不仅可以将一个地图发出到特定部位的地图,但在相同的动物中,然后可以激活,抑制,检测神经元信号传导,或者执行任何其他遗传控制的功能。

通过使用逆行AAV克瑞斯转基因小鼠线路,一种可以访问和操纵甚至进一步定义的神经元群。例如,说我想访问从海马信号发出的所有神经元到Broca区域。这可以通过将CRE依赖的AAV注入到在海马特异性表达CRE的小鼠的古猿(图3)中。CRE依赖的AAV将进入从大脑的任何其他区域投入到Broca区域(注射部位)的所有神经元(图3A)。然而,CRE依赖性AAV货物仅在CRE重组酶的存在下被激活,这限制在海马。因此,仅转导从海马到Broca区域的神经元信号(图3B)。然后可以通过AAV递送的任何遗传工具来操纵(例如,激活或抑制)这些特异性神经元。

逆行AAV CRE交付

对神经科学的影响

Retrograde AAV通过以新的和特定方式询问神经网络的映射和询问,在神经科学中打开很多门。这种新的血清型还具有有前途的治疗应用;它可以增强脑的更宽物理区域的治疗性递送,并能够进入物理堵塞的神经元,例如脊髓中的神经元。

虽然有几个假设,但逆行传输的机制仍然不清楚并仍然被发现。与此同时,逆行AAV可能对神经科学产生重大影响,使科学家能够以新的和令人兴奋的方式询问大脑。

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参考

1。Tervo,D. Gowanlock R.等人。“设计师AAV Variant允许有效的逆行进入投影神经元。”神经元92.2(2016):372-382。PubMed.PMID:27720486

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