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単一ニューロン分解能で脳をマッピングする革新的な方法が成功裏に実証されました

f:id:miyamotok0105:20170305031513j:plain 脳の「供給源」領域への注射は、軸索経路に沿ってバーコードを運ぶように設計された遺伝子工学的タンパク質に突き当たる多様なバーコード配列をコードするウイルスライブラリーを含む。もっと

神経科学者は、今日、マウス脳内で成功裏に実証された個々のニューロンの分解能で、脳をマッピングする革新的な新しい方法についてNeuronの詳細を発表しています。

MAPseq(SequencingによるProjections of Multiplexed Analysis)と呼ばれるこの新しい方法は、単一の実験において、特定の領域または領域からの多数の個々のニューロンの長距離予測を脳内のどこに導くことができるかを可能にします現行のマッピング技術に比べて何倍も安価で、労働集約的で時間のかかる実験が可能です。 多くの重要な脳マッピングプロジェクトが現在進行中であるが、「コネクトム」または配線マップを得るためのこれらの努力のすべては、顕微鏡および関連する光学機器を使用して、ニューロンを他のニューロンにリンクする無数の糸状突起を追跡し、近く、遠い。初めて、MAPseqは脳マッピングのタスクをRNAシークエンシングの1つに変換します」とその発明者であるCold Spring Harbor LaboratoryのAnthony Zador博士は述べています。 「RNA配列やバーコードは、個々のニューロンに与えられるもので、ユニークなものです」とZador氏は説明します。これにより、地域ごとではなく個別のニューロンが特定の標的に合わせられるかどうかを判断することができます。 MAPseqは、マーカー(典型的には蛍光タンパク質)がニューロンによって発現され、それらの軸索に沿って運ばれる、現在一般的に使用されているいわゆる「バルクトレーシング」方法とは異なる。このようなマーカーは、ソース領域のニューロンが投影されているすべての領域を決定するのに有効ですが、ソース領域の2つのニューロンが同じ領域、異なる領域、または同じ領域の一部に投影されていることを科学者に伝えることはできません。いくつかの異なるもの。与えられた領域内の細胞ごとのニューロンの軸索の目的地を解決することができないということは、ザドードルが新しい技術を生み出す動機となっています。

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MAPseqのバルクトレース方法の利点を説明する1つの方法は、国際的な空港にいることを想像することです。たとえば、ドイツへの飛行を目的としています。 「国際線ターミナルに行くと、チケットカウンターが長く見えます。」とZador氏は説明します。 「ドイツに行くには、国際線ターミナルで航空会社を利用するだけでは不十分だ。もしあなたがエア・チリのカウンターに並んでいれば、おそらくドイツのチケットを買うことはできないだろう」

「カウンターが隣接している多くの航空会社は多くの目的地にサービスを提供していますが、その中のいくつかは重複していますが、その中にはユニークなものもあります。私の例の「個々の航空会社」は、「経路」を追求したい脳の部分の隣接ニューロンです。これは、現在のラベリング方法とMAPseqの違いです。 “ Zador氏とNeuronの論文の最初の著者であるJustus Kebschull氏は、新しい手法を導入した論文の著者であり、数年にわたり、数多くの人々に一意のバーコードのような識別子を割り当てる技術を開発しました。関心のある任意の脳領域における単回注射による個々のニューロンの使用。各注射は、個々にユニークなRNA分子の大規模なプールを含むように設計された不活性化ウイルスからなり、その各々の配列は、30個の「文字」またはヌクレオチドで構成され、個々のニューロンによって取り込まれる。 30文字はマウスや人間の脳のニューロンよりも何倍も多くのバーコード配列(1018)を生成するので、この方法は脳マッピングがもたらす複雑な問題に特に適しています。 脳の「供給源」領域への注射は、軸索経路に沿ってバーコードを運ぶように設計された遺伝子工学的タンパク質に突き当たる多様なバーコード配列をコードするウイルスライブラリーを含む。バーコードRNAは、高レベルで発現され、注入が行われるソース領域内の軸索の末端に輸送される。各ニューロンでは、軸索がシナプスを形成し、別のニューロンからの射影を形成する点まで移動する。テストでは、バーコードが軸索である「トランクライン」に沿って、そしてシナプスが形成される「分岐点」に沿って、脳全体に安定して均一に移動することが示されています。 関心領域で1回以上の注射が行われた約2日後、脳を切開し、RNAを収集し、配列決定する。 「ソース」領域のRNAバーコードは、現在、脳の遠隔部分で収集された同じバーコードと一致しています。

RNAのシークエンシングは非常に効率的で自動化されたプロセスであり、MAPseqをこのような潜在的に根本的なツールにしている」とKebschull氏は語る。 「RNAシーケンシングのスピードと経済性に加えて、脳の異なる部位に投射する同じ領域内の個々のニューロンを区別することが可能になるという大きな利点があります。 MAPseqの能力を実証するために、Zadorのチームは、脳幹に位置する座骨核(LC)と呼ばれるマウス脳の一部を注射した。それはノルアドレナリンの唯一の皮質であり、驚きを知らせるホルモンです。 Zadorのチームは、MAPseqを使用して古い質問に対処しました。「驚き」信号は、皮質のあらゆる場所、またはおそらく最も必要とされる特定の場所にのみ放送されますか? 彼らの実証実験では、皮質または嗅球で終わったRNAのみが、バーコードが最初に注射されたLCのソース領域の配列と共に配列決定された。チームは、皮質を厚さ約300ミクロンの22個のスライスに分割し、スライスを解剖した。結果はチームにとってエキサイティングでした。 「LCのニューロンには、さまざまな特異な投影パターンがあることがわかりました。 「一部のニューロンは、皮質または嗅球の単一の好ましい標的にほぼ独占的にしか作用しないが、他のニューロンは、弱くはあるが、より広範に投射する」。 これらの結果は、LCの予測に関する以前の一見矛盾した結果と一致しており、和解していると付け加えています。驚きの信号は脳のほとんどの部分に到達することができますが、特に信号が集中している脳の非常に特殊な部分があります。

チームは、LCでの1回の注射、および反対側での2回の注射に基づく実験で結果が得られることを示した。すでに進行中であるのは、皮質全体が注射によって「タイル張り」されている実験です。このことが、単一ニューロン分解能で皮質全体の最初の結合部位を生じることが期待されている。 「多くの注射剤を使用するプロセスを自動化すれば、この種の実験はわずか1〜2週間で1人で完了でき、わずか数千ドルのコストで済むと考えています。 「我々は、単一の動物でこれらの研究を行うことができることに非常に熱心である。これは、複数のニューロンを追跡するために複数の動物を注射するという過去の問題を解消するものであり、そのうちのいくつかは多少異なっている。 MAPaseの次の目標は、さまざまな神経発達神経精神病モデルの動物の脳をマッピングして、因果関係に強く関連した遺伝子変異が脳回路の構造を変化させ、おそらく脳機能を変える方法を確認することです。

参考

Revolutionary method to map the brain at single-neuron resolution is successfully demonstrated