The CeNGEN Project：科学家将绘制线虫神经系统的基因图谱

你如何构建大脑？是什么样的“规则”在控制神经元的终止位置，使它们能够相互连接，以及执行某种特定的功能呢？ 

细胞与发育生物学教授David Miller是这样回答的，“你构建的这个异常复杂的细胞连接网络——大脑所需要的大部分信息是由基因编码的，整个构建程序实际上就是基因程序的解读。如果你真的想理解如何构建一个大脑，你就需要知道基因程序。” 

Miller和他在范德堡大学的团队正与耶鲁大学和哥伦比亚大学的研究人员合作，通过研究基因表达，为秀丽隐杆线虫的整个神经系统确定基因程序。

来源：Neuron/ Vanderbilt University

编译：brainnews团队| 明天你好

校审：brainnews团队| Simon

Abby Poff（左）,Rebecca McWhirter, Seth Taylor, David Miller博士和同事们正在研究秀丽隐杆线虫整个神经系统的基因程序

Miller他们相信，一个完整的线虫基因表达图谱将有助于解决神经科学的广泛问题，即基因表达程序如何建立不同的神经系统，以及遗传差异如何在健康和疾病条件下影响神经元的功能等问题。

“当然，线虫不是人。”Miller承认。但他指出，线虫中超过一半的基因在人体内是保守的，神经元的细胞机制也是非常保守的。“我们必须从一个实验易于操作的系统开始，相比于人类来说，线虫是一个很好的选择。”。

这项名为CeNGEN(秀丽隐杆线虫神经基因表达图谱与网络)的研究项目得到了美国国家神经疾病与中风研究所(National Institute of Neurological Disorders and Stroke)为期五年、总计600万美元的资助。Miller的合作者是Marc Hammarlund博士、Oliver Hobert博士和Nenad Sestan博士。 

秀丽隐杆线虫一直是生物医学研究的宠儿。发育生物学家对秀丽隐杆线虫从虫卵到成体的每一次细胞分裂都进行了鉴定。他们知道神经元的数量(302个)，神经元的位置，以及它们的连接方式，即神经系统的“接线图”。并且他们可以对线虫的基因进行处理以此来进行基因功能的研究。 

Miller指出:“我们目前已经拥有关于神经系统结构和连接的所有描述性信息，以及许多功能性信息。但是我们目前还没有基因表达图谱，即每个神经元中哪些基因被激活使得它们异于其他神经元的信息。” 

为了构建线虫神经元基因表达图谱，CeNGEN项目正在使用Miller团队开发的方法，利用流式细胞仪，通过荧光激活细胞分选，分离出每种类型的数千个神经元。包括Rebecca McWhirter， Abby Poff和Seth Taylor博士在内的Miller小组正在利用其他研究人员通过基因工程改造的许多现有的线虫菌株来表达某些荧光标记物。通过杂交不同的菌株，哥伦比亚大学的研究人员将能够对118种不同种类的线虫神经元进行独特的标记，以便在Miller实验室进行分离。耶鲁大学的同事随后将对每一类神经元的RNA进行测序。这些基因表达数据将在制作完成后向科学界公布。 

研究人员还使用了一种非常有效的“单细胞”测序方法来获取单个神经元的RNA图谱。这种单细胞方法可以揭示的线虫神经元类型已经超过了现有的118种。

 “这将会是一个关于线虫神经系统的具有丰富内容和高分辨率的信息资源，可以用来发展可验证的假说。”Miller指出。“但是同时我们仍然有很多关于大脑的基本问题，其中最大最复杂的问题是：基因程序如何指导神经元与一些特定的神经元而不是其他神经元建立联系？我认为一个简单的模型是解决这个问题的最佳起点。”

该报道来自《Neuron》关于The CeNGEN Project的一篇综述。

参考文献：Marc Hammarlund et al. The CeNGEN Project:The Complete Gene Expression Map of an Entire Nervous System， Neuron (2018). DOI: 10.1016/j.neuron.2018.07.042 

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