解碼血清素：從分子到全腦尺度效應 當前速遞

【資料圖】

研究小組通過(guò)創(chuàng )建 64 種不同的突變菌株，確定了蠕蟲(chóng)的六種血清素受體的功能作用，每種突變菌株都缺少不同的受體組合。他們發(fā)現三種受體主要驅動(dòng)與血清素釋放相關(guān)的減慢行為，而其他三種受體與主要受體相互作用并調節其功能。此外，還發(fā)現不同的受體對不同的血清素釋放模式有反應。通過(guò)熒光標記大腦中每個(gè)神經(jīng)元中的每個(gè)受體基因，研究小組觀(guān)察了血清素的作用如何在回路水平上發(fā)揮作用。該研究提供了開(kāi)發(fā)針對血清素能系統的精神藥物的復雜性和機會(huì )的觀(guān)點(diǎn)。

由于血清素是大腦用來(lái)影響情緒和行為的主要化學(xué)物質(zhì)之一，它也是精神藥物最常見(jiàn)的目標。為了改進(jìn)這些藥物并發(fā)明更好的藥物，科學(xué)家們需要更多地了解該分子如何影響健康和疾病中的腦細胞和回路。在一項新研究中，麻省理工學(xué)院 Picower 學(xué)習與記憶研究所的研究人員在一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)物模型中研究了血清素如何影響從單個(gè)分子到動(dòng)物整個(gè)大腦的行為的綜合說(shuō)明。

“合理開(kāi)發(fā)針對 5-羥色胺能系統的精神科藥物存在重大挑戰，”P(pán)icower 研究所和麻省理工學(xué)院腦與認知科學(xué)系副教授、Cell 研究的資深作者 Steve Flavell說(shuō)?！斑@個(gè)系統非常復雜。有許多不同類(lèi)型的血清素能神經(jīng)元在整個(gè)大腦中廣泛投射，血清素通過(guò)許多不同的受體起作用，這些受體通常被協(xié)同激活以改變神經(jīng)回路的工作方式?！?/p>

蠕蟲(chóng)線(xiàn)框

C. elegans 蠕蟲(chóng)的 3D 渲染圖，映射了它的所有神經(jīng)元。圖片來(lái)源：Steve Flavell/麻省理工學(xué)院皮考爾研究所

科學(xué)家在人類(lèi)身上面臨的這些相同的復雜性都在線(xiàn)蟲(chóng)蠕蟲(chóng)C. elegans中發(fā)生，但程度更可控。秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)只有 302 個(gè)神經(jīng)元(而不是數十億個(gè))和 6 個(gè)血清素受體(而不是人體內的 14 個(gè))。此外，所有秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)神經(jīng)元及其連接都已被繪制出來(lái)，其細胞可用于基因操作。最后，Flavell 的團隊開(kāi)發(fā)了成像技術(shù)，使他們能夠同時(shí)跟蹤和繪制蠕蟲(chóng)大腦中的神經(jīng)活動(dòng)。由于所有這些原因，該實(shí)驗室能夠進(jìn)行一項新穎的研究，揭示血清素的深遠分子活動(dòng)如何改變全腦活動(dòng)和行為。

“這些結果提供了血清素如何作用于分布在連接組中的不同受體集以調節全腦活動(dòng)和行為的全局視圖，”研究小組在Cell中寫(xiě)道。

該研究的共同主要作者是 Picower Institute 博士后 Ugur Dag、麻省理工學(xué)院大腦和認知科學(xué)研究生 Di Kang，以及前研究技術(shù)員 Ijeoma Nwabudike，后者現在是耶魯大學(xué)的醫學(xué)博士生。

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