來源：武漢沃億（027-81812488）
MOST/fMOST系列設備不僅可以獲得單細胞分辦的小鼠全腦連接圖譜、神經環路的全腦精準定位以及神經元的長程投射追蹤。還可用於果蠅、斑馬魚、小鼠、大鼠、靈長類等各種模式動物在正常、疾病及發育過程中神經和血管網絡的變化以及各種組織、器官的三維精細成像及重構。該系列設備將成為腦科學研究、腦疾病防治、腫瘤診斷、意識本質探索以及人工智能等領域的基礎研究工具。
截止目前，使用MOST/fMOST技術發表文章已接近百篇，文章總影響因子為575，平均單篇文章影響因子6.53。2020年2-3月，使用fMOST技術發表文章呈現井噴狀態，共發表三篇頂級文章，包括一篇Nature Methods，兩篇Neuron，沃億生物對這三篇文章進行了梳理，分享給大家。
1，RecV重組酶系統實現了對單細胞或細胞群體的體內靶向光誘導基因組修飾
圖1：使用fMOST技術文章發佈在Nature Methods雜誌，發佈日期2020年3月23日
2020年3月23日，美國艾倫腦科學研究所、斯坦福大學聯合中國華中科技大學、溫州醫科大學等單位在Nature Methods上發文，利用RecV重組酶系統實現了對單細胞或細胞群體的體內靶向光誘導基因組修飾。
圖2. RecV重組酶系統的設計
為了能夠靶向單個神經元進行結構和功能研究，研究人員創建了基於Cre、Dre和Flp（RecVs）的光誘導位點特異性DNA重組酶。RecVs可在體內利用單光子或雙光子光誘導來改變基因組修飾。通過修飾小鼠和斑馬魚基因組中的多個基因位點，這一技術可以對單個神經元產生靶向性、稀疏高亮的標記。結合其他遺傳策略，還可以實現不同神經元類型的交叉定位。
圖3. 利用fMOST技術在全腦範圍內重建了8個RecVs標記的體感皮層錐體神經元。整個大腦圖譜由12089張圖像組成，分辨率xyz: 0.3×0.3×1μm3。
與fMOST技術結合，使得小鼠皮層中單個神經元的稀疏標記以及全腦形態重建成為可能。此外，這些酶可實現單細胞雙光子靶向遺傳修飾，並且可以與具有最小干擾的功能性光學指示劑組合使用。總之，RecVs能夠實現時空上精確的光誘導基因組修飾，並通過結合遺傳特性、形態學、連接組和功能研究，有助於在單細胞水平進行詳細的神經環路分析。
2.多巴胺系統控制激勵性記憶的表達
圖4：使用fMOST技術文章發佈在Neuron雜誌，發佈日期2020年2月25日
2020年2月25日，北京生命科學研究院（NIBS）羅敏敏教授團隊在學術期刊《Neuron》在線發表研究論文，該研究發現一群位於中縫背核的多巴胺神經元控制獎賞和懲罰相關記憶的表達，並揭示了其調控獎賞相關記憶表達的神經環路機制。
圖5：文章主要結論
記憶的形成（學習）和表達由大腦中多個核團共同控制。這些核團接受大量的多巴胺能輸入。前期研究表明多巴胺系統，特別是位於伏隔核的多巴胺神經元，驅動學習和記憶，尤其是獎賞相關記憶的形成。而多巴胺系統是否參與記憶的表達並不清楚。
研究人員注意到在中腦的中縫背核中也存在有一定數量的多巴胺神經元。相對於伏隔核中的多巴胺神經元，中縫背核多巴胺神經元由於數量較少，並且被一些前期研究認為是伏隔核多巴胺神經元的延伸，在以往研究中這些神經元長期被忽略。其行為學功能，特別是是否參與學習與記憶過程，並不明確。
圖6：結合fMOST技術，詳細描繪了中縫背核多巴胺神經元的全腦形態學特徵
研究人員首先利用前期開發的單細胞重構技術，結合fMOST技術，詳細描繪了中縫背核多巴胺神經元的全腦形態學特徵，確認中縫背核多巴胺神經元為獨立於伏隔核多巴胺神經元的一群特殊的中腦多巴胺神經元，主要投射到終紋床核和杏仁核中部。
3.腦前額葉外皮促腎上腺皮質激素釋放因子神經元控制挑戰情境下的行為方式選擇
圖7：使用fMOST技術文章發佈在Neuron雜誌，發佈日期2020年2月25日
2020年2月25日，中國科學技術大學聯合華中科技大學等單位在Neuron上發文，發現了內側前額葉（mPFC）中的促腎上腺皮質激素釋放因子（CRF）神經元在壓力環境中對行為選擇有重大影響。研究通過對背內側前額葉皮層（dmPFC）CRF神經元進行敲除或者抑制活性，發現能增加懸尾和強迫游泳中不動的時間，並且能引起小鼠產生社交回避；而激活了dmPFC CRF神經元則可提升小鼠對壓力的抵抗。
圖8：敲除和激活CRF神經元對小鼠壓力應激行為影響
對CRF神經元的作用機理研究建立在對CRF神經元的定位和定性上。該研究首先通過形態學、電生理和鈣成像等方法，確定了CRF神經元為一種獨特的GABA能抑制性中間神經元亞型，並且這種神經元直接參與了懸尾等試驗中的應激反應。其中在定位方面，利用fMOST成像技術獲取了連續的包含CRF神經元冠狀面圖像, 並運用三維重構清晰地展現了CRF神經元的全腦空間分佈，這樣避免了對單一腦切片觀察而造成的分佈信息不準確。
圖9：AB: 三維重建小鼠全腦tdTomato標記的mPFC CRF神經元；
C: 單一冠狀面切片組和三維重建後的mRFC CRF神經元分佈
研究中所涉及的成像技術儀器：
該研究中使用的BPS成像系統對應的商品化儀器為BioMappin3000及 BioMapping 5000設備，可用於自動獲取全腦內神經環路成像和空間定位以及自動獲取全腦神經元完整形態成像和空間定位。
參考文獻：
1. Chen P, et al. Prefrontal Cortex Corticotropin-Releasing Factor Neurons Control Behavioral Style Selection under Challenging Situations. Neuron 2020. 106, 1–15
2. Rui Lin et al., The Raphe Dopamine System Controls the Expression of Incentive Memory. Neuron 2020, 106, 1–17
3. Shenqin Yao et al., RecV Recombinase System for in Vivo Targeted Optogenomic Modifications of Single Cells or Cell Populations. Nat Methods 2020 Mar 23 [Online ahead of print]
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