《Nature》發(fā)表的一項(xiàng)研究，Albert Einstein醫(yī)學(xué)院的研究人員描述了第一個(gè)完整的動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)接線圖。這項(xiàng)研究包括兩性成年秀麗隱桿線蟲，確切指出兩性之間神經(jīng)差異巨大。

這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著“連接組學(xué)（connectomics）”領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑。

“結(jié)構(gòu)始終是生物學(xué)的核心問題，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、遺傳學(xué)教授Scott Emmons博士說。“DNA結(jié)構(gòu)揭示基因是如何工作的，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)揭示酶是如何工作的?，F(xiàn)在神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正在揭示動(dòng)物的行為方式，以及神經(jīng)連接錯(cuò)誤如何導(dǎo)致疾病。”

研究人員假設(shè)，一些神經(jīng)和精神疾病是“連接病”，也就是說，“錯(cuò)誤的電路”引發(fā)問題。“在發(fā)現(xiàn)幾種精神疾病與連通性相關(guān)基因有關(guān)以后，這一假設(shè)得到了加強(qiáng)，”Emmons博士說?！斑B接組學(xué)有可能幫助我們了解一些精神疾病的基礎(chǔ)，為治療提供途徑。”

模式生物

秀麗隱桿線蟲全身大約只有1000個(gè)細(xì)胞，神經(jīng)系統(tǒng)由幾百個(gè)神經(jīng)元組成（雌性302個(gè)，雄性385個(gè)），它也是第一個(gè)被全基因組測(cè)序的多細(xì)胞生物。

Emmons博士的研究建立在已故生物學(xué)家Sydney Brenner的開創(chuàng)性工作的基礎(chǔ)上，Sydney Brenner在2002年因其對(duì)線蟲的研究而獲得諾貝爾生理學(xué)/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

在Brenner實(shí)驗(yàn)室成員John White的帶領(lǐng)下，他們仔細(xì)分析了數(shù)千張線蟲可見神經(jīng)結(jié)構(gòu)的連續(xù)電子顯微照片，于1986年發(fā)布了第一張線蟲神經(jīng)系統(tǒng)地圖。每幅圖所包含的“切片”都比人類頭發(fā)絲細(xì)一千倍。他們手動(dòng)連接每個(gè)切片之間的點(diǎn)，將圖像一個(gè)一個(gè)地排列，創(chuàng)建了5000個(gè)左右的（突觸）連接。

Brenner和White從事這項(xiàng)工作20年，并發(fā)起了連接組學(xué)研究，建立了線蟲基本動(dòng)物模型。他們所建立的地圖被非正式地稱為“線蟲的思想”，跳過了線蟲身體的很多部分，而且只包含雌雄同體（即雌性），不包含雄性。

在這項(xiàng)新研究中，Emmons博士的研究小組分析了新線蟲電子顯微照片和Brenner博士的舊照片，并使用專門開發(fā)的軟件將它們拼湊在一起，以創(chuàng)建完整成年線蟲的連接圖。這些圖包括單個(gè)神經(jīng)元之間的所有連接，從神經(jīng)元到肌肉和其他組織（如腸道和皮膚）的連接，以及肌肉細(xì)胞之間的突觸，并評(píng)估了這些突觸的強(qiáng)度。

“盡管兩種性別的突觸路徑基本相似，但是許多突觸強(qiáng)度不同，主要的性別差異與生殖功能有關(guān)：外陰肌和子宮肌以及控制它們的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元；雄性體內(nèi)生成了大量的額外神經(jīng)元、性肌肉和尾部的連接，這些構(gòu)成了它們的交配回路，”Emmons博士說?！俺酥?，兩性共享的神經(jīng)元的突觸數(shù)量是如此之多，但似乎在強(qiáng)度上有很大差異?！?/p>

“這些相互連接的網(wǎng)絡(luò)是破譯線蟲行為神經(jīng)控制的起點(diǎn)，”Emmons說?！耙?yàn)樗鼈兊纳窠?jīng)系統(tǒng)攜帶許多與人類神經(jīng)系統(tǒng)相同的分子，理解前者可以幫助我們理解人類?！?/p>

目前，他正在研究線蟲連接體的基因組編碼。

原文檢索：Whole-Animal Connectomes of both C. elegans Sexes

來源：生物通