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我国学者成功拓荒基因编码的神经递量荧光探针供给正在体实时记载神经活动的新方法

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图 多巴胺探针(GRABDA)原理和应用。可基因编码的基于G卵白偶联受体的GRABDA,将对组织改变敏感的荧光卵白嵌入人源多巴胺受体,使多巴胺那一化学旗子暗记转化为荧光旗子暗记,结合现有的成像技术,便可实时监测多巴胺浓度的静态改变状态。可应用于果蝇、斑马鱼和小鼠等自由活动的模型动物,具有极高的时空分辨率。

  正在国家自然科学基金面上项目(项目编号31671118)等的资助下,北京大学李毓龙钻研组正在神经递量荧光探针的拓荒方面得到重要期望,前后报导了可基因编码的乙酰胆碱荧光探针和多巴胺荧光探针的研究成果。其中乙酰胆碱荧光探针以“A genetically encoded fluorescent acetylcholine indicator for in vitro and in vivo studies”(一种可用于体外和体内钻研的基因编码的乙酰胆碱荧光探针)为题,于2018年7月9日正在Nature Biotechnology(自然•生物技术)上在线公布,论文链接:https://www.nature.com/articles/nbt.4184;多巴胺荧光探针以“A genetically-encoded fluorescent sensor enables rapid and specific detection of dopamine in flies, fish, and mice”(一种可用于快速、特异性正在果蝇、鱼和小鼠中检测多巴胺的基因编码的多巴胺荧光探针)为题,于2018年7月12日正在Cell(细胞)上在线公布,论文链接:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18) 30845-6。

  人的大脑由数百亿的神经元组成,差异种类的神经元经过或远或近的投射,经过历程数量更加严重的突触与其他神经元组成重大的神经网络住手细胞间的信息交流,从而实现感知、决定企图和运动等神经功能。神经递质是介导神经元信息转达的一类化学活性小分子,正在突触转达中扮演着“信使”的作用。其中,乙酰胆碱和多巴胺作为两种重要的神经递量,与神经系统的多种服从密切有关。为更好天钻研乙酰胆碱和多巴胺正在心思和病理进程中的作用,研究人员需求实时监测活体动物特定脑区的乙酰胆碱、多巴胺等化学旗子暗记改变,然则现有的检测伎俩实在不克不及满足研究人员的需求。为了处置惩罚这个问题,李毓龙钻研组将对组织改变敏感的荧光卵白(cpEGFP)嵌入人源受体,使乙酰胆碱、多巴胺这类化学旗子暗记转化为荧光旗子暗记,结合现有的成像技术,便可实时监测乙酰胆碱、多巴胺浓度的静态改变状态。该方法具有极高的分子特异性和时空分辨率。由于该探针具有可基因编码的特性,研究人员经过历程转染、病毒注射和构建转基因动物等伎俩,将探针表达正在细胞、小鼠脑片也许活体果蝇、斑马鱼和小鼠中。运用乙酰胆碱探针,他们正在活体果蝇的嗅觉系统中检测到内源性乙酰胆碱正在嗅觉信息编码中的时空特异性漫衍及服从,正在小鼠视觉皮层神经元中检测到乙酰胆碱正在注意性视觉刺激时的静态改变;运用多巴胺探针,他们检测到了电刺激小鼠脑片引发的多巴胺释放,并正在活体果蝇、斑马鱼和小鼠的大脑中分别检测到与嗅觉刺激、视觉刺激、学习记忆、交配举动相关的多巴胺旗子暗记改变。

乙酰胆碱探针与多巴胺探针都是基于人源神经递量受体,将神经递量结合受体所引发的受体构象改变转化为荧光旗子暗记的改变,具有可推广性。这两项事变为今后大规模拓荒其他神经递量、神经调量探针奠定了扎实的钻研根蒂基本。

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