为了搞懂神经元如何精准连接，科学家解剖了9000多个果蝇大脑 | 斯坦福大学

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科学家们解剖了9000多个果蝇大脑，以了解神经元之间的联系？

斯坦福大学神经生物学大牛罗利群团队真的做到了这一点，其研究成果发表在《Neuron》。

人的大脑就像一个极其精确和复杂的通信网络。它有近860亿个神经元，它们之间有近100万亿个连接（10的14次方）。

神经元之间的精准连接，是所有神经系统功能的基础。人类也得以通过这些连接感知外部世界，并采取相应的行动。

但如果中间有错误，大脑就会停机bug，严重者还会导致智力障碍、自闭症等疾病。

因此，该团队花了20多年时间解剖了9000多个果蝇大脑，以了解其背后的机制。

9000多只果蝇的大脑

上述神经系统极其复杂。一个成年人的大脑会形成100万亿次神经元连接；即使是像果蝇这样简单的生物体，它的大脑中也有近20万个神经元，形成1000万个连接。

到目前为止，已经揭示了大脑的主要蛋白质结构和突触连接机制，主要发现了两种指导神经元布线的分子——

细胞表面的转录因子和蛋白质（CSP）。

作为指挥官，转录因子位于细胞核中，决定了细胞的形状和功能；CSP，指令是通过与细胞环境的相互作用来执行的。

因此，科学家推测转录因素是通过的调节CSP表达来控制神经元的布线，即神经元之间的精准连接。

但在过去，这种因果关系只在少数孤立案件中得到验证。

此外，据科学网报道，本研究共同工作谢琦婧还表示， 不清楚转录因子是通过调节哪些细胞的表面蛋白来发号施令的。

早在20年前，该团队就发现了一个转录因素——嗅觉感知因素Acj6，可控制部分触觉投射神经元的精确连接，但缺乏直接测量蛋白质表达的方法。

两年前，另一个一起工作李介夫为了解决这个问题，他们开发了一种用定量质谱策略识别蛋白质的方法来标记细胞蛋白。

以这种方法为基础Acj这一次，团队终于找出了它是如何通过调整的CSP控制果蝇嗅觉投射神经元（PNs）精确树突靶。

首先，他们首先在野生和突变中PNs细胞表面蛋白组定量分析。

通过蛋白组信息的遗传筛选，确定了许多实施Acj6连接指示的PN表面蛋白。

这些蛋白质包括典型的细胞粘附分子和以前未被发现的蛋白质，如机械敏感离子通道Piezo。

综合遗传分析显示，Acj6不同类型的PN树突定向采用独特的细胞表面蛋白集，Acj联合表达可以拯救Acj6突变体的表型比单个执行器更有效、更广泛。

换言之， Acj6不同神经元类型的布线特异性由表面蛋白的不同组合表达控制。

值得一提的是，据科学网报道，谢琦静透露，为了获得足够的样品，她花了几个月的时间在团队的帮助下解剖了不少于9000只果蝇的大脑。

此外，它们还展示了神经元表面蛋白之间的遗传互动模式。

骆利群团队

这篇论文来自斯坦福大学神经生物学罗利群实验室。

共同作品分别是两位博士谢琦静和李介夫，唯一的通讯作者是罗利群。

他15岁时被中国科技大学录取，毕业时获得郭沫若奖学金。

毕业后，他去布兰迪斯大学生物系攻读博士学位UCS博士后研究。

1996年，他在斯坦福生物系开设了一个实验室，研究成人神经回路是如何组织和组装特定功能的。

2012年，他被评为美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士。

他写的《神经生物学原理》广泛应用于世界各地的本科和研究生课程。

他曾担任Neuron、eLife、Annual Review of Neuroscience、Cell、PNAS编委会等多个科学期刊。

对于本研究的意义，作者表示，将提出新的策略和方法来研究转录因子的功能和机制。

一方面，可以更好了解人类以及其他动物大脑，如何生长发育；另一方面，也帮助人们了解哪些基因突变会带来疾病，从而进行预防和治疗。

论文链接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)00403-2?_returnURL=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0896627322004032?showall=true#00403-2?_returnURL=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0896627322004032?showall=true#)
参考链接：
[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