Neuron | 李毓龍研究組報道新型基因編碼的去甲腎上腺素?zé)晒馓结?/h2>時間：2021-04-06 10:48:29學(xué)院：生命科學(xué)學(xué)院學(xué)校：北京大學(xué)2019年3月25日，學(xué)術(shù)期刊《Neuron》在線發(fā)表北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、PKU-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究所、北京腦科學(xué)研究所李毓龍研究組題為“A genetically encoded fluorescent sensor for rapid and specific in vivo detection of norepinephrine”的研究論文。該研究中，李毓龍研究組首次成功開發(fā)了新型、可基因編碼的去甲腎上腺素?zé)晒馓结?，并將其成功?yīng)用于斑馬魚和小鼠中檢測內(nèi)源去甲腎上腺素的動態(tài)變化。該探針可特異性地區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的去甲腎上腺素與多巴胺，將成為研究去甲腎上腺素相關(guān)神經(jīng)環(huán)路的重要工具。
去甲腎上腺素（Norepinephrine, NE）作為一種重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)中都參與諸多必要的生理過程，如感覺信號的調(diào)節(jié)、注意力的調(diào)控、清醒與睡眠、學(xué)習(xí)與記憶等。去甲腎上腺素釋放或信號傳遞的受損與一系列的精神疾病和神經(jīng)退行性病變息息相關(guān)。因此，在復(fù)雜神經(jīng)環(huán)路中以高時空分辨率的方式檢測去甲腎上腺素的動態(tài)分布對完整解析去甲腎上腺素在生理及病理條件下的功能和調(diào)節(jié)尤為重要。然而受限于現(xiàn)有技術(shù)的靈敏度、特異性、時空分辨率和組織創(chuàng)傷性等，無法實現(xiàn)對它在體分布的精確檢測。
為了解決以上的技術(shù)瓶頸，李毓龍研究組開發(fā)并優(yōu)化了一類基于G蛋白偶聯(lián)受體激活（GPCR Activation Based）的去甲腎上腺素?zé)晒馓结槪℅RABNE）。通過在人源去甲腎上腺素受體特定位置嵌入對結(jié)構(gòu)變化敏感的熒光蛋白（cpEGFP），使去甲腎上腺素這一化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為熒光信號，結(jié)合現(xiàn)有的成像技術(shù)，即可實時監(jiān)測去甲腎上腺素濃度的動態(tài)變化情況。通過對探針全方位的優(yōu)化，開發(fā)出具有低/高親和力的兩種版本的熒光探針（分別命名為NE1m和NE1h），除均具有極高的分子特異性和時空分辨率外，還可分別用于檢測局部突觸傳遞（synaptic transmission）和非局部非突觸傳遞（volume transmission）的去甲腎上腺素釋放。
基于G蛋白偶聯(lián)受體的去甲腎上腺素探針
利用該可遺傳編碼探針，李毓龍研究組通過轉(zhuǎn)染、病毒注射以及構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動物等手段，可將探針表達(dá)在細(xì)胞、小鼠腦片、斑馬魚和小鼠中。通過構(gòu)建轉(zhuǎn)基因斑馬魚系在斑馬魚大腦神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)GRABNE1m探針可成功檢測清醒斑馬魚中腦由視覺刺激引發(fā)的與時間鎖定的特異性NE釋放，通過稀疏標(biāo)記去甲腎上腺素探針還可記錄到單細(xì)胞分辨率下重復(fù)視覺刺激引發(fā)的NE釋放信號。通過病毒介導(dǎo)的表達(dá)，使用激光脈沖對LC-NE神經(jīng)元的光遺傳學(xué)激活可靠地引起自由移動小鼠LC的光纖記錄信號中GRABNE1m熒光的增加。在小鼠強(qiáng)迫游泳測試和尾部懸吊測試（兩者均為經(jīng)典的應(yīng)激性行為）期間，觀察到由應(yīng)激行為觸發(fā)的GRABNE1m熒光顯著增加，揭示該行為與NE動態(tài)變化的關(guān)系。
北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李毓龍研究員為本文的通訊作者。李毓龍研究組博士生馮杰思為第一作者；井淼、王歡、張雅君、董傲、武照伐、吳昊為此項研究成果做出了重要貢獻(xiàn)。該工作的合作者有：中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所的杜久林研究組；紐約大學(xué)的林大宇研究組；美國國立衛(wèi)生研究院的崔國紅研究組；弗吉尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院朱駿研究組；南加州大學(xué)的Andrew S. Hires研究組。本工作獲得了北京大學(xué)膜生物學(xué)國家重點實驗室、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家自然科學(xué)基金、美國腦計劃等對李毓龍研究組的大力支持。
李毓龍課題組一直以來致力于系統(tǒng)性地發(fā)展前沿神經(jīng)生物學(xué)探針技術(shù)用于研究復(fù)雜神經(jīng)細(xì)胞之間的多種通訊連接，2018年已經(jīng)率先在世界上發(fā)展了乙酰膽堿（Jing et al., Nature Biotechnology, 2018）及多巴胺探針（Sun et al., Cell, 2018），2019年又報道了用于定位電突觸的熒光探針（Wu et al., eLife, 2019），這次報道的去甲腎上腺素探針，是這一系統(tǒng)性工作的又一重要環(huán)節(jié)，為今后開發(fā)其他神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)探針奠定了扎實的研究基礎(chǔ)。
論文鏈接：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(19)30172-2
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com
2019年3月25日，學(xué)術(shù)期刊《Neuron》在線發(fā)表北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、PKU-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究所、北京腦科學(xué)研究所李毓龍研究組題為“A genetically encoded fluorescent sensor for rapid and specific in vivo detection of norepinephrine”的研究論文。該研究中，李毓龍研究組首次成功開發(fā)了新型、可基因編碼的去甲腎上腺素?zé)晒馓结?，并將其成功?yīng)用于斑馬魚和小鼠中檢測內(nèi)源去甲腎上腺素的動態(tài)變化。該探針可特異性地區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的去甲腎上腺素與多巴胺，將成為研究去甲腎上腺素相關(guān)神經(jīng)環(huán)路的重要工具。
去甲腎上腺素（Norepinephrine, NE）作為一種重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)中都參與諸多必要的生理過程，如感覺信號的調(diào)節(jié)、注意力的調(diào)控、清醒與睡眠、學(xué)習(xí)與記憶等。去甲腎上腺素釋放或信號傳遞的受損與一系列的精神疾病和神經(jīng)退行性病變息息相關(guān)。因此，在復(fù)雜神經(jīng)環(huán)路中以高時空分辨率的方式檢測去甲腎上腺素的動態(tài)分布對完整解析去甲腎上腺素在生理及病理條件下的功能和調(diào)節(jié)尤為重要。然而受限于現(xiàn)有技術(shù)的靈敏度、特異性、時空分辨率和組織創(chuàng)傷性等，無法實現(xiàn)對它在體分布的精確檢測。
為了解決以上的技術(shù)瓶頸，李毓龍研究組開發(fā)并優(yōu)化了一類基于G蛋白偶聯(lián)受體激活（GPCR Activation Based）的去甲腎上腺素?zé)晒馓结槪℅RABNE）。通過在人源去甲腎上腺素受體特定位置嵌入對結(jié)構(gòu)變化敏感的熒光蛋白（cpEGFP），使去甲腎上腺素這一化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為熒光信號，結(jié)合現(xiàn)有的成像技術(shù)，即可實時監(jiān)測去甲腎上腺素濃度的動態(tài)變化情況。通過對探針全方位的優(yōu)化，開發(fā)出具有低/高親和力的兩種版本的熒光探針（分別命名為NE1m和NE1h），除均具有極高的分子特異性和時空分辨率外，還可分別用于檢測局部突觸傳遞（synaptic transmission）和非局部非突觸傳遞（volume transmission）的去甲腎上腺素釋放。
基于G蛋白偶聯(lián)受體的去甲腎上腺素探針
利用該可遺傳編碼探針，李毓龍研究組通過轉(zhuǎn)染、病毒注射以及構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動物等手段，可將探針表達(dá)在細(xì)胞、小鼠腦片、斑馬魚和小鼠中。通過構(gòu)建轉(zhuǎn)基因斑馬魚系在斑馬魚大腦神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)GRABNE1m探針可成功檢測清醒斑馬魚中腦由視覺刺激引發(fā)的與時間鎖定的特異性NE釋放，通過稀疏標(biāo)記去甲腎上腺素探針還可記錄到單細(xì)胞分辨率下重復(fù)視覺刺激引發(fā)的NE釋放信號。通過病毒介導(dǎo)的表達(dá)，使用激光脈沖對LC-NE神經(jīng)元的光遺傳學(xué)激活可靠地引起自由移動小鼠LC的光纖記錄信號中GRABNE1m熒光的增加。在小鼠強(qiáng)迫游泳測試和尾部懸吊測試（兩者均為經(jīng)典的應(yīng)激性行為）期間，觀察到由應(yīng)激行為觸發(fā)的GRABNE1m熒光顯著增加，揭示該行為與NE動態(tài)變化的關(guān)系。
北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李毓龍研究員為本文的通訊作者。李毓龍研究組博士生馮杰思為第一作者；井淼、王歡、張雅君、董傲、武照伐、吳昊為此項研究成果做出了重要貢獻(xiàn)。該工作的合作者有：中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所的杜久林研究組；紐約大學(xué)的林大宇研究組；美國國立衛(wèi)生研究院的崔國紅研究組；弗吉尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院朱駿研究組；南加州大學(xué)的Andrew S. Hires研究組。本工作獲得了北京大學(xué)膜生物學(xué)國家重點實驗室、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家自然科學(xué)基金、美國腦計劃等對李毓龍研究組的大力支持。
李毓龍課題組一直以來致力于系統(tǒng)性地發(fā)展前沿神經(jīng)生物學(xué)探針技術(shù)用于研究復(fù)雜神經(jīng)細(xì)胞之間的多種通訊連接，2018年已經(jīng)率先在世界上發(fā)展了乙酰膽堿（Jing et al., Nature Biotechnology, 2018）及多巴胺探針（Sun et al., Cell, 2018），2019年又報道了用于定位電突觸的熒光探針（Wu et al., eLife, 2019），這次報道的去甲腎上腺素探針，是這一系統(tǒng)性工作的又一重要環(huán)節(jié)，為今后開發(fā)其他神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)探針奠定了扎實的研究基礎(chǔ)。
論文鏈接：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(19)30172-2
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