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    王曉群課題組與合作者解析小鼠感覺運動相關腦區的轉錄組學特征

    發布時間:2021年07月30日

      2021年7月28日,《elife》在線發表了題為" Transcriptomic encoding of sensorimotor transformation in the midbrain" 的研究論文。該研究工作通過利用逆向病毒示蹤技術和Patch-seq單細胞轉錄組測序技術對小鼠上丘分別參與形成恐懼和捕食環路的神經元進行了轉錄組學研究,并結合空間轉錄新算法,發現了表征這兩條環路的分子marker,并從行為學角度對其進行了驗證。

      感覺和運動的轉換(sensorimotor transformation)是動物大腦調控行為的重要機制,在此過程中,大腦將來自外界的刺激處理加工,轉換為調節軀體運動的信息,以保證機體能夠對周圍環境的變化做出正確的響應。關于感覺和運動的神經調節機制的研究由來已久,并已經有大量的成果被發表,比如視覺相關通路的解析和運動皮層對運動的調控等。在感覺和運動相關的研究中,恐懼和捕食一直是維持動物生存的兩個至關重要的行為??謶质莿游飳Σ妒痴吆臀kU感知的一種反應機制,可以驅使動物做出逃跑或躲藏等行為,以規避危險;而捕食則是動物補充生命體的能量消耗,維持生命特征必不可少的。前人的研究證明,在哺乳動物中,上丘(superior colliculus, SC)是一個與早期的感覺和運動轉換相關的腦區,其中,位于SC視神經層(optic nerve layer, Op)且投射到丘腦后外側核(lateral posterior thalamus nucleus, LPTN)的神經元被激活可以引發動物的恐懼反應,而位于SC中間灰質層(intermediate gray layer, InG)且投射到不確定帶(zona incerta, ZI)的神經元被激活可以引發動物的捕食行為。但這兩條通路背后蘊含的分子機制尚不清楚。

      在該研究中,研究人員通過自己開發的單細胞空間定位方法SPACED, 發現大部分神經元在上丘的不同層特異性分布,并表達具有層特異性的分子marker, 且發現Cbln2是Op-LPTN神經元的特異性marker,且在Op腦區特異性表達;Pitx2是InG-ZI神經元的特異性marker,在InG腦區特異性表達。

      行為學實驗也證明,激活Op投射到LPTN的Cbln2+神經元軸突末梢可以引發小鼠的恐懼行為,而抑制神經末梢,小鼠則對頭頂的陰影(模仿捕食者,可引發正常小鼠的恐懼反應)沒有明顯反應。激活InG投射到ZI的Pitx2+神經元軸突末梢可以引發小鼠的捕食行為,而抑制神經末梢,小鼠則對獵物沒有明顯反應。這些結果說明,小鼠上丘的神經元具有空間分布的特異性,這可能跟上丘不同層的功能有關系,而控制恐懼和捕食的神經元具有不同的轉錄組學特征,蘊含著調控這兩種行為的內在分子機制。

      中國科學院生物物理研究所王曉群研究員,北京生命科學研究所曹鵬研究員和北京師范大學吳倩教授是該論文的共同通訊作者,北京生命科學研究所博士后謝志勇,王曉群組博士研究生王夢迪和劉澤源以及廣州生物島實驗室的尚從平研究員是該論文的共同第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃,國家自然科學基金,中國科學院戰略性先導科技專項等項目的支持。

      文章鏈接:https://elifesciences.org/articles/69825

     

    (供稿:王曉群研究組)

     

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    人与禽交zozo
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