Nature Methods | NIBS罗敏敏与华中科技大龚辉等开发单个神经元全脑重建新技术

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2018年11月20日，北京生命科学研究所罗敏敏与华中科技大学龚辉等人在Nature Methods上在线发表了题为Cell-type-specific and projection-specific brain-wide reconstruction of single neurons的文章。在这里，研究人员们开发了一种双腺相关病毒表达系统，可以对细胞类型和投射特异性的单个神经元进行强大而准确的标记。 研究证明了其用于中脑多巴胺神经元和纹状体突出的皮质神经元的全脑重建的效用。 研究人员进一步扩展了标记方法，用于清除厚脑切片的快速重建，同时进行双色标记。这种标记系统可以促进哺乳动物大脑中尺度单神经元投射的生成过程。

绘制不同脑区之间的神经元联系图是神经科学研究的一个重要课题。鉴于特定脑区的单个神经元往往表现出独特的形态、遗传异质性和独特的功能，最近的研究目标是在哺乳动物模型组织中更精确地研究单个神经元在全脑水平上的完整形态。由于不同神经元的轴突和树突往往紧密交融，整个大脑重建的一个技术挑战在明确的标记神经元。

双AAV标记系统的设计

     实验证明了双AAV稀疏标记系统用于全脑单神经元重建的几个优点。虽然使用玻璃感受器将标记材料传递到单个神经元的技术要求很高，但该方法更容易使用，并能有效地标记脑深部特定类型的神经元。通过稀释病毒载体来控制荧光标记或Cre重组酶的表达，导致标记稀疏性和亮度之间的权衡。超新星方法通过使用TRe-Cre的漏表达来解决这个问题，尽管它缺乏细胞类型的特异性。通过将一对正交重组酶与基于TRE的正反馈表达机制相结合，该系统实现了细胞型或投射特异性标记，这种标记对大脑范围的重建具有足够强的强度。考虑到它与cre依赖表达的兼容性，系统允许研究人员使用几乎所有大脑区域的大多数主要细胞类型可用的cre小鼠细胞系。考虑到其他特定于位点的重组酶现在已经存在，并且可能会在未来继续发展，研究人员期望该标记系统的改进版本可以被建立，以实现更复杂的表达策略。

9种皮质纹状体神经元在大脑中的重建

此外，该标记系统的细胞类型和投影特性可以很容易地结合起来来标记由标记表达式和投影模式共同定义的特定类型的神经元。除了对神经元进行形态学标记外，该方法还可以作为一种通用的稀疏表达策略，将各种基因编码的效应传递到特定的神经元类型中，以实现单神经元水平上的光遗传学操作、成像、电生理学和基因编辑。结合组织清除技术，该方法也可以应用于荧光显微镜下的单个神经元的类型特异性重建。该实验提供的工具扩展了在单神经元水平上解决脑结构的能力，并有助于在正常和病理条件下映射单神经元投射物。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41592-018-0184-y

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