為了搞懂神經(jīng)元之間如何連接，科學家們竟然解剖了 9000 多個果蠅大腦？！
斯坦福大學神經(jīng)生物學的大牛駱利群團隊，真就干了這件事兒，其研究成果刊登在《Neuron》。
人的大腦就像是個極其精密復雜的通信網(wǎng)絡。它擁有近 860 億個神經(jīng)元，他們之間有近一百萬億個連接（10 的 14 次方）。
神經(jīng)元之間的精準連接，是所有神經(jīng)系統(tǒng)功能的基礎。人類也得以通過這些連接感知外部世界，并采取相應的行動。但要是中間出現(xiàn)差錯，大腦就會宕機出 bug，嚴重者還會導致智力障礙、自閉癥等疾病。
于是乎，為了搞懂背后的機制，這個團隊前后花了 20 多年，還解剖了 9000 多個果蠅大腦。
解剖 9000 多個果蠅大腦
前面提到，神經(jīng)系統(tǒng)異常復雜。一個成年人的大腦會形成一百萬億次神經(jīng)元連接；即便像果蠅這種簡單的生物體，它的大腦中也有近 20 萬神經(jīng)元，形成一千萬個連接。
時至今日，大腦主要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和突觸連接機制已經(jīng)揭示，主要發(fā)現(xiàn)了兩種指導神經(jīng)元布線的分子 ——
轉(zhuǎn)錄因子和細胞表面蛋白（CSP） 。
轉(zhuǎn)錄因子，作為指揮官，位于細胞核內(nèi)，決定著細胞的形態(tài)和功能；而 CSP，則是通過與細胞環(huán)境相互作用來執(zhí)行指令。
于是乎，科學家就推測，轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)節(jié) CSP 表達來控制神經(jīng)元的布線，即神經(jīng)元之間的精準連接。
但過去，這種因果關系僅在少數(shù)孤立的案例中得到驗證。而且據(jù)科學網(wǎng)報道，本次研究共同一作謝琦婧還表示，也不清楚轉(zhuǎn)錄因子是通過調(diào)節(jié)哪些細胞的表面蛋白來發(fā)號施令。
早在 20 年前，該團隊就發(fā)現(xiàn)有種轉(zhuǎn)錄因子 —— 嗅覺感知因子 Acj6，可以控制一部分觸覺投射神經(jīng)元的精準連接，但缺少直接測定蛋白表達的方法。
而又在兩年前，另一位共同一作李介夫解決了這一難題，他們開發(fā)了一種可標記細胞蛋白的方法，用定量質(zhì)譜策略來鑒定蛋白質(zhì)。
基于這種方法，以 Acj6 為對象，團隊這次終于搞清楚了它是如何通過調(diào)節(jié) CSP 的表達，來控制果蠅嗅覺投射神經(jīng)元（PNs）的精確樹突靶向的。
首先，他們首先在野生型和突變型中在 PNs 進行了細胞表面蛋白組定量分析。
并通過蛋白組信息遺傳篩選，確定了許多執(zhí)行 Acj6 連接指示的 PN 表面蛋白。
這些蛋白包括了典型的細胞粘附分子，以及以前沒被發(fā)現(xiàn)有關的蛋白，如機械敏感離子通道 Piezo。
綜合遺傳分析顯示，Acj6 在不同類型的 PN 中采用了獨特的細胞表面蛋白集進行樹突定向，而 Acj6 聯(lián)合表達可以拯救 Acj6 突變體的表型，其效力和廣度高于單個執(zhí)行器的表達。
換言之，Acj6 通過表面蛋白的不同組合表達來控制不同神經(jīng)元類型的布線特異性。
值得一提的是，據(jù)科學網(wǎng)報道，謝琦婧透露，為了得到足夠多的樣品，她在團隊幫助下耗費數(shù)月時間，解剖了不下 9000 只果蠅的大腦。
除此之外，他們還展示了神經(jīng)元表面蛋白間的遺傳相互作用模式。
駱利群團隊
這篇論文來自是斯坦福大學神經(jīng)生物學駱利群實驗室。
共同一作分別兩位博士謝琦婧和李介夫，唯一通訊作者為駱利群。
他 15 歲考入中科大少年班，畢業(yè)時已獲得了郭沫若獎學金。畢業(yè)后他前往美國布蘭迪斯大學生物系攻讀博士，并在 UCS 做博士后研究。
1996 年，他在斯坦福生物系開設了實驗室，研究成年人的神經(jīng)回路是如何組織起來執(zhí)行特定功能的，以及發(fā)育過程如何組裝。
2012 年，他被雙雙評為美國國家科學院院士、美國藝術與科學院院士。他撰寫的《神經(jīng)生物學原理》被廣泛用于世界各地的本科和研究生課程。
他曾擔任 Neuron、eLife、Annual Review of Neuroscience、Cell、PNAS 等多個科學期刊的編委。
對于本次研究的意義，作者表示，為接下來研究轉(zhuǎn)錄因子功能與機理提出一個新策略和方法。一方面，可以更好了解人類以及其他動物大腦，如何生長發(fā)育；另一方面，也幫助人們了解哪些基因突變會帶來疾病，從而進行預防和治療。
論文鏈接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)00403-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0896627322004032%3Fshowall%3Dtrue#00403-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0896627322004032%3Fshowall%3Dtrue#)
參考鏈接：
[1]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/6/481723.shtm
[2]https://profiles.stanford.edu/liqun-luo
[3]http://alumni.cas.cn/hwyy/202010/t20201022_4558612.html
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。