Science：操控细胞分化的遗传密码

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Science：操控细胞分化的遗传密码
1 e+ P! j+ n* t作者：   来源：生物通   发布者：张荐辕   日期：2016-03-09   
: i5 p1 T3 n- y+ i4 x1 i我们的大脑中有着不同类型的神经元，每种神经元都拥有自身的遗传标签，这些标签定义了它们的功能。神经元都起源于祖细胞——这些特化的干细胞具有分裂生成神经元的能力。: N5 V- f# s* N$ D$ R
现在，来自瑞士日内瓦大学医学院的神经科学家们阐明了祖细胞能够生成神经元的机制。通过开发出一种叫做FlashTag的新技术，研究人员在神经元生成的那一特殊时刻分离并显影了它们，并破译出了使得能够构建出神经元的基础遗传密码。
& k/ _: p5 P! o7 D发表在3月3日《科学》（Science）杂志上的这一研究发现，不仅让研究人员了解了我们大脑的发育机制，还知道了如何利用这一遗传密码让干细胞重建出神经元。现在研究人员将可以更好地了解自闭症和神经分裂症等神经系统疾病的潜在机制。
% ?+ g- Q$ Y! L  k! t! @在瑞士日内瓦大学医学院基础神经科学系神经科学家Denis Jabaudon的领导下，研究人员开发出了一种叫做FlashTag的技术在神经元生成的那一刻显像它们。利用这种方法，在祖细胞分裂的那一刻，它被标记上了一种持续存在于后代细胞中的荧光标记物。科学家们随后可以显像及分离新生神经元，动态地观测在它们产生的头几个小时内表达的基因。随着时间的推移，研究人员可以研究它们的进化和基因表达改变。
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' t( I2 b# s3 Q$ a“以往，我们只能获得几张照片来重建神经元的历史，留下了很大的空间自己去进行推测。多亏有了FlashTag，现在完整的遗传电影展现在我们的眼前。从一开始每一个瞬间都可以看见，让我们能够了解发育的状况，鉴别出主要特征，它们的互作及激励机制，”Denis Jabaudon说。对小鼠大脑皮层展开研究，科学家们揭示出了指示了神经元分化事件的顺序，引导新生神经元走向最终细胞命运的早期转录波，鉴别出了神经元发育的关键基因，证实了它们的表达动态对于大脑正常发育至关重要。* N  a, R$ q, O8 h: x
非常精确的原始编舞
8 o- b) m# t" L( y* D通过接入神经元形成的原始密码，这一研究发现有助于我们了解神经元在成人大脑中发挥功能的机制。似乎其中的一些原始基因也与神经发育和许多年后发生的神经退行性疾病有关。这表明在神经元生成的那一刻可能就存在一种倾向，之后一些环境因子可影响后来疾病的发生。通过了解神经元的遗传编舞，研究人员能够从一开始就观察到这些基因的表现，鉴别出预测疾病的潜在异常现象。% D6 `( @, j, M$ z) j
在成功读取这一遗传密码后，科学家们就能够在新生神经元中改写它。通过改变某些基因的表达，他们能够加速神经元生长，由此改变发育脚本。有了FlashTag，现在分离出新生神经元，在体外重建大脑回路变为了可能，这使得科学家们能够测试它们的功能及开发出一些新疗法。
. E0 N1 G- N( s开发出强大的神经学研究工具对于大脑研究具有重要的意义。在同一日的Cell杂志上，来自哥伦比亚大学的研究人员两篇文章向人们展示了一种能够全面鉴定神经元类型的新方法。这种方法将帮助人们定量分析大脑所有区域的神经元多样性（两篇Cell发布神经学强大工具 ）。6 j- W. e; ]/ y; J' a
2015年11月，斯坦福大学的研究团队日前在Science杂志上发表了一项技术突破。他们开发的工具能在清醒的活体动物中成像单个神经元的电活性，使人们对神经元活动的理解达到前所未有的深度（华人学者Science发表神经学技术突破）。
2 v  ^0 a! Q. [! k0 D) S9 Z2014年10月，来自加州大学圣地亚哥分校的研究人员构建出了一种新型带有荧光染料的细胞，这种染料能对特殊的神经化学物质作出应答，改变颜色。研究人员将这些细胞移植到活体哺乳动物大脑中，从而能观察到通过食物奖励学习过程中，神经信号是如何改变的。这一研究成果公布在Nature Methods 杂志上（Nature发布神经科学新技术：CNiFERs ）。$ G- M, P! @5 A7 O
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