2019-07-04 05:51:02
首先是动物神经系统的完整接线图

在今天在线发表在“自然”杂志上的一项研究中,阿尔伯特爱因斯坦医学院的研究人员描述了动物神经系统的第一个完整的接线图,即全球科学家用作模型生物的蛔虫秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)。该研究包括两性成年人,并揭示了他们之间的实质性差异。

这一研究结果标志着“连接组学”领域的一个重要里程碑,即在大脑,大脑区域或神经系统中绘制无数神经连接,以找到导致特定行为的特定神经连接。

“结构始终是生物学的核心,”研究负责人Scott Emmons博士,遗传学教授,Dominick P. Purpura神经科学系和Siegfried Ullmann爱因斯坦分子遗传学主席说。 “DNA的结构揭示了基因是如何起作用的,蛋白质的结构揭示了酶的功能。现在,神经系统的结构揭示了动物的行为以及神经连接如何导致疾病。”

研究人员假设某些神经和精神疾病,如精神分裂症和自闭症,是“连接病”,即“错误接线”引起的问题。 “这一假设因发现几种精神障碍与被认为决定连接性的基因突变有关而得到加强,”埃蒙斯博士说。 “Connectomics有可能帮助我们了解某些精神疾病的基础,可能提出治疗途径。”

模特生物

因为秀丽隐杆线虫是如此微小 - 成年人只有一毫米长,只有大约1000个细胞 - 它的几百个神经元的简单神经系统(雌雄同体中的302个/女性,男性中的385个)使它成为最好的神经系统之一用于理解数十亿倍复杂人类大脑的动物模型。它也是第一个对其整个基因组进行测序的多细胞生物。

埃蒙斯博士的研究建立在已故英国生物学家悉尼布伦纳的开创性工作之上,他于2002年因其秀丽隐杆线虫研究而分享了诺贝尔生理学或医学奖。 Brenner博士的实验室在实验室成员约翰怀特的带领下,在经过对蛔虫的数千个连续电子显微照片上可见的神经结构的精心分析后,于1986年发表了第一张秀丽隐杆线虫神经系统图。每个图像由比人类头发薄一千倍的横截面“切片”组成。他和他的同事在每个切片之间手动“连接点”,将结构从一个图像链接到另一个图像,以创建神经的详细表示和它们之间的5,000个左右的连接(突触)。

Drs的力量之旅。 Brenner和White,正在制作20年,推出了连接组学领域,并将蛔虫确立为生物学和人类疾病研究的重要动物模型。但他们的地图,非正式地称为“蠕虫的心灵”,跳过了蠕虫身体的大部分,只包括一个性别 - 雌雄同体,或女性 - 而不是男性。

拿起警棍

对于这项新研究,Emmons博士的团队分析了新的蛔虫电子显微照片以及Brenner博士的旧显微照片,并使用专门开发的软件将它们拼凑在一起,以创建完整的C. elegans性别成年动物的接线图。这些图包括各个神经元之间的所有连接,从神经元到蠕虫肌肉和其他组织(如肠道和皮肤)的连接,以及肌肉细胞之间的突触,以及这些突触强度的估计。

“虽然两性中的突触通路基本相似,但许多突触的强度不同,为理解性别特异性行为提供了基础,”埃蒙斯博士说。主要的性别差异与生殖功能有关:在外阴和子宫肌肉以及在雌雄同体中控制它们的运动神经元;并且在大量额外的神经元,性肌肉和尾巴中的连接处产生了雄性交配的回路。但除此之外,两性共有的中枢通路中神经元之间突然出现的突触数量似乎也有很大不同。

“这些连接的网络是解读秀丽隐杆线虫行为的神经控制的起点,”埃蒙斯博士说。 “由于蛔虫神经系统含有许多与人类神经系统相同的分子,我们对前者的了解可以帮助我们理解后者。”

Emmons博士目前正在研究蛔虫连接组是如何由其基因组编码的。

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