学科前沿

四篇10分+的文章,看看北京脑中心饶毅和罗敏敏两位主任的“学术赛跑”

发布日期:2020-03-22  浏览次数:62

01

2019年2月21日,北京大学麦戈文脑科学研究所所长、北京脑科学与类脑研究中心(CIBR)联合主任、北京大学教授饶毅实验室在Neuron(《神经元》)上发表论文:Chemoconnectomics: Mapping Chemical Transmission in Drosophila(化学连接组学:构建果蝇化学传递图谱)。这是中国科研历史上,第一次在同一篇论文中出现新概念、新途径和强有力资源三者合一——化学连接组是一个新概念,化学连接组学是一个新途径,应用于果蝇的相关工具是强有力的资源。 



文章以与众不同的“我们定义‘化学连接组’”为开始。文章指出:虽然对部分的单个神经递质及其受体有很多研究,但迄今对全部递质及其受体作为整体的重要性认识不足,化学连接组是反映其生物学整体重要性的新概念;化学连接组学新途径是将化学连接组作为具有生物学意义的入口剖析行为和认知的神经环路;应该制造与化学连接组相关的基因修饰动物品系,普遍用于行为和认知的分子研究及其环路的遗传解析。

论文的新途径为“化学连接组学”(chemoconnectomics),它是建立在化学连接组概念之上、结合分子生物学和遗传学方法的研究途径,并有助于切入化学连接通路。

全文详细介绍【学术快报】饶毅等提出脑研究的“化学连接组”新概念



02

2019年5月7日,国际学术刊物《自然 通讯》在线发表北京大学麦戈文脑科学研究所、北京脑科学中心饶毅实验室的博士后戴熙慧敏和周恩兴等的研究论文:D-Serine made by serine racemase in Drosophila intestine plays a physiological role in sleep(果蝇肠道产生的D型丝氨酸在睡眠中的生理作用)。他们发现了特别的分子——D型氨基酸调节睡眠这一重要的生理学过程。


这一研究有三点新颖的发现 :

1  D型氨基酸的作用一般以为生物体内都是L型的氨基酸,约二十年前,科学研究发现体内有D型氨基酸,但很不理解其生理作用。戴熙慧敏和周恩兴等用遗传学和分子生物学方法发现D型丝氨酸在生理上发挥着调控睡眠的作用。
2  肠道的奇特作用一般认为脑内神经细胞调控睡眠。但戴熙慧敏和周恩兴等发现,虽然合成D型丝氨酸的酶(SR)在神经细胞和肠道上皮细胞都存在,但他们证明,合成酶的基因缺失后,会导致睡眠减少,只要把合成酶放回肠道表皮细胞就可以解决睡眠的问题。

3  所谓兴奋性受体NMDA,却参与促进睡眠已知NMDA受体是兴奋性神经递质谷氨酸的受体,而D型丝氨酸辅助谷氨酸激活NMDA受体。戴熙慧敏和周恩兴等发现D型丝氨酸通过NMDA受体而促进睡眠。一种想当然的看法是兴奋神经元应该导致觉醒,而抑制神经元应该导致睡眠。戴熙慧敏和周恩兴等的研究表明,睡眠的分子和细胞机理与一般的想法显然不同。

全文详细介绍:【学术快报】饶毅实验室发现肠上皮产生特殊氨基酸调控睡眠


03

2020年01月14日,北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉院罗敏敏实验室在《Nature Communications》杂志上在线发表题为“Control of Locomotor Speed, Arousal, and Hippocampal Theta Rhythms by the Nucleus Incertus”的文章,研究人员结合清醒小鼠光纤记录,电生理记录,瞳孔记录,光遗传学,离体脑片膜片钳技术和一系列的行为学实验,揭示了脑干未定核的一类表达神经调节肽(Neuromedin B, NMB)的神经元控制运动速度,觉醒以及与空间记忆相关的海马theta波。

在复杂环境中快速行走,动物不仅需要执行运动指令,同时需要保持高度的觉醒状态以及积极处理与环境相关的空间记忆信息。前人对于脊椎动物运动、觉醒、空间记忆相关的神经环路分别有深入的研究,但是动物的运动、觉醒和空间记忆是如何被大脑协同调控的还不是很清楚。

首先,他们通过在头部固定但身体可运动的小鼠中同时记录神经元活性以及行为和生理变化,发现未定核神经调节肽神经元活性与动物的运动速度、觉醒水平,以及海马theta波正相关。其次,他们发现利用光遗传学抑制这群神经元的活性可以抑制这些行为和生理过程。这项研究揭示了协同调控动物运动速度、觉醒水平,以及空间记忆处理的神经环路新机制。

全文详细介绍:罗敏敏实验室发现脑干未定核控制运动速度,觉醒以及海马theta波


04

2020年3月6日,北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院罗敏敏实验室在学术期刊《Neuron》在线发表题为“The Raphe Dopamine System Controls the Expression of Incentive Memory”的研究论文。该研究发现一群位于中缝背核的多巴胺神经元控制奖赏和惩罚相关记忆的表达,并揭示了其调控奖赏相关记忆表达的神经环路机制。


记忆的形成(学习)和表达由大脑中多个核团共同控制。这些核团接受大量的多巴胺能输入。前期研究表明多巴胺系统,特别是位于伏隔核的多巴胺神经元,驱动学习和记忆,尤其是奖赏相关记忆的形成。而多巴胺系统是否参与记忆的表达并不清楚。


研究人员首先利用前期开发的单细胞重构技术,详细描绘了中缝背核多巴胺神经元的形态学特征,确认中缝背核多巴胺神经元为独立于伏隔核多巴胺神经元的一群特殊的中脑多巴胺神经元,主要投射到终纹床核和杏仁核中部。利用在体光纤记录技术,研究人员发现这些中缝背核多巴胺神经元能够被奖赏和惩罚激活。有趣的是,在小鼠经历关联性学习后,与奖赏或惩罚相关的刺激也能够激活中缝背核多巴胺神经元,提示这群神经元可能参与了学习和记忆。

为了确认中缝背核多巴胺神经元的行为学功能是由其所释放的多巴胺神经递质所介导,研究人员采用北京大学李毓龙实验室最新开发的遗传编码多巴胺荧光探针,结合在体光纤记录技术,首次在中缝背核的两个下游核团终纹床核和杏仁核中部检测到由奖赏和惩罚所引起的多巴胺释放。在此基础之上,利用腺相关病毒介导的CRISPR-Cas9在体基因编辑技术敲除中缝背核中的多巴胺合成途径,实验小鼠的奖赏与惩罚记忆以及阿片类药物成瘾记忆的表达均受到显著影响,证明来源于中缝背核的多巴胺神经递质信号在调控记忆表达中的重要作用。

这项系统的研究揭示了调控记忆表达的神经环路机制,加深了我们对多巴胺系统的理解,并为治疗药物成瘾提供了新思路。

全文详细介绍:Neuron | 罗敏敏:中缝背核多巴胺神经元控制记忆表达的神经环路机制

文章转自:Brainnews


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