Технология BARseq позволяет картировать подтипы нейронов в мозгу

Новая технология на основе маркирования и секвенирования клеток мозга позволяет картировать in situ связи между тысячами нейронов у мыши и уточнять, какие гены экспрессирует каждый из них.

Изображение:
Визуализация слуховой коры мыши с помощью BARseq. Пурпурный цвет показывает активность специфического гена хозяина (Fezf2). Зеленый говорит о присутствии штрихкода и показывает, какие нейроны взаимодействуют. Комбинирование изображений помогает ученым различить типы нейронов.
Credit:  пресс-релиз лаборатории Колд-Спринг-Харбор

«Мозг по существу является сетью. Это пучок нейронов, соединённых друг с другом», — говорит Энтони Задор (Anthony Zador), руководитель исследования лаборатории Колд-Спринг-Харбор в США. — «Для дальнейшего развития нейробиологии мы должны на самом деле понять, как эти нейроны связаны друг с другом, и в идеале соотнести это с другими аспектами функционирования нейронов, такими как экспрессия их генов и их активность». Для достижения этих целей его команда 3 года назад разработала технологию MAPseq (Multiplexed Analysis of Projections by Sequencing) — метод картирования мозга с использованием штрихкодов из последовательностей РНК, по которым можно отследить отдельные нейроны в гомогенизированной ткани мозга. К сожалению, MAPseq не позволил получить данные о функциях клеток, а также давал плохое пространственное разрешение, поэтому лаборатория продолжила совершенствование технологии.

Недавно команда представила BARseq (Barcoded Anatomy Resolved by Sequencing) — следующее поколение MAPseq. Новая технология позволяет определить не только точную локализацию нейронов, но и паттерн экспрессии их генов и физиологическую активность. BARseq основан на том же принципе, что и MAPseq: исследователи вводят животному в мозг библиотеку вирусов, несущих известные последовательности РНК — штрихкоды; далее вирусы около 44 ч размножаются в организме, вводя в каждый нейрон уникальный штрихкод; после этого мозг разрезают на кусочки и РНК-штрихкоды секвенируют методами NGS. Отличие заключается в том, что в BARseq применяется флуоресцентное секвенирование РНК in situ (FISSEQ) — метод, который позволяет определить последовательности молекул РНК в разных частях клетки. Технология заключается в фиксировании тотальной РНК образца на матрице, её перевода в кДНК, амплификации и дальнейшем секвенировании методами NGS; применяется в исследованиях для составления карты экспрессии генов от субклеточного уровня до целого мозга, т. е. в неразрушенном мозге.

Исследователи применили BARseq для отслеживания связей 3 579 нейронов в слуховой коре головного мозга мыши и идентификации нескольких новых типов нейрональных отростков. Они показали, что новую технологию можно комбинировать с методом флуоресцентной гибридизации in situ (fluorescence in situ hybridization, FISH) и, таким образом, связывать профиль экспрессии генов с локализацией нейронов разных подтипов. Также ученые подтвердили, что аксоны нейронов могут разветвляться и отправлять информацию сразу в несколько участков мозга.

Метод BARseq гораздо дешевле и менее трудоемок по сравнению с другими технологиями картирования. В ближайшем будущем он может оказаться ценным инструментом для получения полного описания всех нервных связей мозга — коннектома. «Если бы у нас была полная схема, карта, то это послужило бы основой для понимания мышления, сознания, принятия решений и того, как эти процессы нарушаются при психоневрологических расстройствах, таких как аутизм, шизофрения, депрессия, ОКР», — объясняет Энтони Задор.

Сейчас команда продолжает совершенствовать BARseq для достижения еще более четкого разрешения и лучшей характеризации нейронной сети.

Источник

Xiaoyin Chen, et al. // High-Throughput Mapping of Long-Range Neuronal Projection Using In Situ Sequencing. // Cell, 2019, 179, 3; DOI:  10.1016/j.cell.2019.09.023

Цитаты по пресс-релизу
Добавить в избранное

Вам будет интересно