为什么要研究神经连接?
我们许多人在生物学上学到的早期经验之一是，身体的结构和管道是重要的。我们从学习头与脖子相连开始。不久之后，我们了解了器官及其功能。后来当我们研究生物过程时，这成为了基础，比如我们的干细胞是如何被安置在特定的位置，并在生长和发育过程中产生祖细胞，或者血液流经心脏和肺并为身体提供氧气。然而，在神经科学中，这种架构通常仍然是一个悬而未决的问题。神经元之间的连接决定了大脑是如何运作的，因此，是回答许多有关大脑的生物学问题的主要部分。为了解决这个问题，绘制神经元连接图的分子工具在神经科学中被广泛使用。在这篇文章中，我将描述如何在大脑中使用狂犬病毒(RABV)来形象化神经元是如何连接的。
188完整比分直播作为神经元示踪剂的病毒载体
188完整比分直播作为神经元示踪剂的病毒载体由于它们能够有效地进入细胞并运送各种货物，基因工程的嗜神经病毒成为可视化神经连接的强大工具(Nassi等人，2015）.重组病毒通常用于神经科学研究(例如，AAV)有助于标记被感染的单个神经元。然而，它们通常不会通过突触传递到相邻的神经元(即跨突触传递)。这是因为通常用于研究的这些病毒的重组形式不能复制，而病毒若想通过突触从一个细胞到另一个细胞，就必须进行复制。
改良狂犬病病毒:将跨突触神经元示踪剂转化为单突触(一级)神经元示踪剂
RABV要在整个大脑中爬行，它首先会感染一个细胞(“启动细胞”)。然后它在细胞内复制，新生RABV穿过突触，逆行感染投射到启动细胞的神经元。一旦这一级感染发生，随后的病毒复制和逆行传播周期就会发生，病毒通过更高一级的神经连接传播。虽然这种跨突触扩散对神经元追踪有用，但它有两个实际局限性。首先，这些高水平的病毒复制是有毒的。其次，随后感染的更高阶神经元并不能有效地揭示网络连接，而只能标记整个大脑。
为了实现仅对启动细胞的一级连接进行标记，RABV被修改为仅感染用户定义的启动细胞类型，以及仅从这些细胞进行单突触传播。
这些修改利用了RABV是一种包膜病毒这一事实。一般来说，病毒包膜通过与靶细胞表面受体的相互作用来指示靶细胞的感染(卡拉威2008）.在此基础上，利用EnvA-可以实现发酵剂细胞的细胞类型特异性准型RABV，仅表达EnvA受体(流域的开发)。例如，研究人员可以交付Cre-dependentTVA对转基因小鼠crea表达神经元的影响。通过这样做，在其表面表达病毒蛋白EnvA的RABV只会感染crea阳性、tva表达的细胞(Osakada等人，2013）.最终，这使得RABV能够选择性地感染遗传定义的细胞群。虽然EnvA基因序列是在生产EnvA-伪RABV时提供的，但这些序列不会复制到病毒基因组中，所以病毒后代不一定会表达EnvA，除非它以反式形式提供。
RABV的单突触传播可以通过修改野生型RABV基因组来实现，野生型RABV基因组编码一个名为狂犬病毒糖蛋白(G)．G蛋白包被的RABV通过G受体感染细胞。在神经元中，G受体局限于突触前神经末梢(Lafon 2005）.因此，一旦RABV从受感染的细胞中释放出来，它只被邻近神经元的突触前神经末梢所占据(即被投射神经元占据)。对这些现象的研究表明，RABV G蛋白对逆行传播是必要和充分的(Etessami等，2000，Wickersham等人，2007年）.因此，RABV的跨突触传播可以通过只向感染G-缺失RABV的启动细胞选择性供应trans中的G蛋白来控制。在这种情况下，G-deleted RABV会感染启动细胞。然后RABV复制将发生，G蛋白(以反式形式提供)将被纳入病毒包膜(但不是病毒基因组)。新生的G蛋白包被RABV随后从启动细胞释放出来，通过G蛋白/G蛋白受体介导的进入，逆行传递到一级神经元。一旦进入一级神经元，G-缺失的RABV就可以分裂和复制(因为这些过程是由其他病毒蛋白介导的)，但新释放的RABV由于病毒包膜上缺乏G蛋白而不能感染任何后续细胞(Wickersham et al.， 2007)。
总结和RABV的应用
将G缺失RABV与限制性TVA和G蛋白表达结合使用是神经追踪的有力进展。将这些技术与分子工具结合使用(例如，optogenetic或chemogenetic受体)能够对特定定义的神经元群进行复杂的控制。
在一项研究中，RABV单突触追踪被用来检查成人产生的神经元是如何随着时间的推移整合到大脑中的(Deshpande et al.， 2013）.研究发现，在早期的时间点，大多数对这些新神经元的投射来自附近的神经元。直到后来的时间点，才看到了更长的连接。这项研究解决了新生成的神经元如何整合到大脑中复杂的已有回路的问题。
另一项研究使用RABV单突触追踪来识别输入到两个特定大脑区域的两个主要多巴胺能细胞群(Watabe-Uchida等，2012）.他们还可以通过计算单突触输入来量化输入的强度。这项研究表明，这些神经元接收到的输入比之前认为的要多。这两个群体输入的差异可以用来解释这两个神经元群体功能的差异。总的来说，这项研究为大脑不同解剖区域如何接收输入和计算输出奠定了基础。
总的来说，RABV单突触追踪是一种强大的工具，可以用来揭示大脑回路，并继续为大脑如何运行的复杂问题提供答案。
参考文献
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