李寅青发表文章首次从多个角度为丘脑网状核绘制出了一幅综合图谱

发布日期:2020-07-23

你全神贯注于某件事时,往往会对周围的一切充耳不闻或者熟视无睹。究竟我们的大脑是靠什么生理机制来实现这样的功能呢?秘密就藏在丘脑网状核(Thalamic reticular nucleus, TRN)中。

2020年7月22日,《Nature》在线发表了来自Broad Institute MIT合作团队的题为“Distinct subnetworks of the thalamic reticular nucleus”的研究论文,首次从单细胞分子特性、神经元电生理特征、局部丘脑神经环路结构以及功能的角度为丘脑网状核绘制出了一幅综合图谱。这幅新图谱进一步地为我们揭开了丘脑网状核的“神秘面纱”。

Broad InstituteStanley精神疾病研究中心的科学家 Joshua Levin、傅展燕以及麻省理工学院(MIT)的冯国平教授为该论文的共同通讯作者,清华大学的李寅青教授、墨西哥国立自治大学 UNAMVioleta G. Lopez Huerta 教授和Broad Institute的研究员Xian Adiconis 为共同第一作者。

丘脑是人类大脑中除嗅觉外所有感觉传导最重要的换元站。各种感觉传导通路要经过丘脑的接替换元后投射到大脑皮层,在丘脑与大脑皮层之间存在着一个像“闸门”一样的核团——丘脑网状核。丘脑网状核位于丘脑背外侧,具有“贝壳”形态,由大量的γ氨基丁酸能 GABA)抑制性神经元组成。它被认为是在丘脑和皮层之间信息传递中起着“门控”的作用,即像一个闸门一样对感觉信息进行过滤筛选,从而调控机体感觉信息处理、注意力、以及睡眠行为,但由于目前对丘脑网状核的基本组织构成知之甚少,所以无法阐明其工作机制。

为了解决这个关键问题,来自拥有不同实验技术背景和专业知识的三个实验室的研究者们开展了紧密的合作研究。他们采用了包括单细胞的分子特性、电生理特征、神经元网络连接,CRISPR体内筛选以及系统性功能等多种前沿技术手段,发现丘脑网状核神经元的分子异质性具有非常独特的特征(图一),呈现出由两个负相关的基因表达谱系组成的transcriptomic梯度(每个表达谱系包含数百个基因)。位于transcriptomic梯度两端的神经元具有迥然不同的生理特性:表达互斥的特异标记蛋白、空间上分布于丘脑网状核的核心或边缘区域,并具有独特的电生理特性 (图二)。更有趣的是,在环路结构上他们选择性地分别与丘脑的感觉接替核和联络核形成了局域环路(subnetwork, 在功能上发挥调节睡眠的不同作用 (图三)。

图一,丘脑网状核神经元的分子异质性具有非常独特的特征

 

图二,位于梯度两端的神经元具有迥然不同的生理特性

 

图三,丘脑网状核的核心和边缘区域的神经元参与不同的睡眠调节作用

鉴于丘脑网状核功能异常在孤独症、精神分裂症、痴呆症和癫痫等疾病发病中的重要作用,这幅新图谱将大大加深科学家们对丘脑网状核异常参与的相关疾病发病机制的理解,并为以丘脑网状核作为全新的潜在“效应靶点”的开发打下研究基础。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2504-5