研究人员开发了侵入性较小的遗传工具来了解细胞活动

　　

　　

　　研究生乌巴达·萨巴格在显微镜上放了一张冷玻片。天色已晚，实验室里静悄悄的。他调整了一些设置，沿着视束追踪，然后放大到大脑的丘脑。他看到的景象令他吃惊:两个相邻的发光点条纹，每个点代表一个细胞体。

　　那时，距离科学家们报道大脑视觉丘脑中的一个小区域具有独特的特征，使其与附近区域区分开来已经过去了20年。

　　之前由其他研究人员领导的研究表明，这个区域被称为腹侧膝状核，与调节昼夜节律和情绪的神经回路相连。

　　但直到现在，人们对该区域的细胞结构知之甚少。

　　在本周《神经化学杂志》在线发表的一项新研究中，弗吉尼亚理工大学的科学家们发现了40多个在vLGN中表达的基因，并发现了6个以上全新的神经元亚型，每个亚型都表达独特的分子，并聚集在紧密排列的条纹层中。

　　小鼠的vLGN仅跨越几百微米，通过视神经接收来自眼睛的信号。但与大脑其他视觉区域不同的是，它与经典的图像形成无关。

　　神经科学家最初通过破坏该区域的细胞并记录其影响来研究该区域。然而，在这个过程中，他们也打断了大脑的附属回路。

　　这导致了显著的行为变化，并使辨别哪些影响与vLGN有关变得更加困难。从那以后，研究人员开发了更精确、侵入性更小的基因工具，让他们看到当一种特定细胞类型的活动开启或关闭时会发生什么。

　　福克斯想运用这些现代技术来了解vLGN的功能和下游连接，但首先他需要确定目标细胞类型。Sabbagh当时是弗吉尼亚理工大学转化生物学、医学和健康研究生项目的二年级研究生，他着手开发一个描述vLGN细胞结构的图谱，作为他博士论文的一部分。

　　不久之后，他们发现了第一个线索，即vLGN可能是按细胞类型在分离层中组织的，研究人员在2018年的一项研究中描述了这一点。

　　在那项研究中，福克斯的团队揭示了两种特殊的晶格状结构，称为神经周围网，它们包裹着不同类型的抑制性神经元。当科学家们对这些神经网络进行染色时，他们发现被这些网络覆盖的不同神经元群分布在vLGN上不同的条纹上。

　　福克斯说:“这是我们第一次提示细胞可能有层，但我们仍然需要识别更多的细胞类型，看看它们是否也在非重叠区域排列。”

　　在接下来的一年里，Sabbagh测试了大约70种不同的核探针来绘制vLGN的细胞景观。核糖探针是核糖核酸(RNA)的片段，与RNA的互补片段结合。

　　科学家将从其他生物体和病毒中借来的荧光基因添加到探针中，因此当RNA片段符合其匹配序列时，目标分子就会发光。研究人员将这些工具结合起来，观察细胞在vLGN中产生特定的遗传分子，每个分子在显微镜下发出不同的颜色。

　　这种方法在扫描图上显示了不同的层，但科学家们想要确定。Sabbagh编写了一个计算机程序来扫描vLGN的图片并测量探测器信号，这证实了他们的发现并显示出不同的层。

　　但有一个问题挥之不去:这些细胞从哪里获得信息?

　　研究人员使用一种无害的病毒追踪工具来确定vLGN中的哪些神经元与视网膜内的神经元通信。病毒花了一个月的时间才在视网膜和丘脑之间移动了几毫米，但等待是值得的。

　　该病毒显示，vLGN各主要层中的细胞接收到来自眼睛视网膜神经元的直接视觉信号。接下来，路易斯维尔大学的合作者分析了这些连接的通信特性。总之，这些见解有助于描述视觉信息是如何在vLGN中处理的。

　　“这是一个令人兴奋的发现。我们还有更多的工作要做来填补空白，但我希望我们会发现更多的细胞类型，甚至更多的层，因为我们继续发现更多的生物标志物，”福克斯说，他也是弗吉尼亚理工大学科学学院的教授，最近被任命为该学院神经科学学院的主任。

　　他的团队已经开始分析单个细胞中的基因表达，使用一种称为单细胞RNA测序的方法。福克斯说，一旦他们对特定的细胞类型有了更多的了解，他们就可以追踪回路，并开始揭示vLGN的神经元是如何与大脑其他区域联系的。

　　“我们怀疑vLGN有许多功能，包括调节情绪，但现在我们将能够更精确地分析特定细胞类型如何促进这些功能，”Sabbagh说，他最近获得了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)为期6年的39万美元奖励，以支持他的研究。

　　这项研究也提出了关于大脑进化和比较生物学的问题。随着哺乳动物进化成更大的物种，它们的vlgn相对于视觉丘脑的其他部分缩小了。通过揭示小鼠vLGN的复杂结构，福克斯希望揭示这些遗传指令如何在其他物种中交叉。