解析大脑不同脑区、不同类型神经元之间的神经环路连接是神经科学研究的重要任务之一，病毒工具是目前最为有效、应用最广的神经环路示踪工具。但目前用于研究输出神经环路的顺向示踪工具病毒发展较慢，用于精细研究直接输出网络的顺向跨单级工具更是尚无研究报道。近日，中国科学院武汉病毒研究所罗敏华研究员学科组与武汉物理与数学研究所徐富强研究员合作，报道了更有效的顺向跨多级工具病毒H129-G4和首个可用于示踪直接输出环路的顺行向跨单级工具病毒H129-ΔTK-tdT。研究结果于近日在线发表于《Molecular Neurodegeneration》，助理研究员曾文波和博士生江海飞为论文共同第一作者，罗敏华研究员、赵非副研究员及中科院物理与数学研究所徐富强研究员为共同通讯作者。
利用1型单纯疱疹病毒（herpes simplex virus type 1, HSV-1）H129株细菌人共染色体作为遗传改造平台，研究人员在H129基因组中插入了多拷贝GFP编码蛋白构建了H129-G4，敲除TK基因构建了H129-ΔTK-tdT。体外微流控芯片（Microfluidic system）和体内视觉神经环路测试，表明所获得的病毒工具仅顺向跨突触传播。H129-G4注射于小鼠初级运动皮层（M1）可成功的示踪M1的多级输出环路，且能够清晰展示但个神经元形态细节，其标记亮度满足显微光学切片断层成像（fMOST）的要求，可用于全脑尺度重构神经环路连接。由H129-ΔTK-tdT和辅助病毒所构成的首个顺向跨单突触标记系统也成功地对视觉信息传导环路、丘脑至本体感觉皮层传导环路以及中脑多巴胺能神经元投射环路的标记。这些工具很大程度地补充了现有的神经环路示踪工具集。
该研究得到了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、国家自然科学基金和国家重点基础研究发展计划（973计划）的大力支持。中科院武汉病毒研究所为第一完成单位，主要参与单位包括：中科院物理与数学研究所、武汉光电国家实验室、北京大学生命科学学院、北京师范大学脑与认知科学研究院以及昆明理工大学。目前，该研究开发出的病毒示踪工具已经被多家神经科学合作实验室使用，并已经有包括Nature Neuroscience在内的合作文章发表。
论文链接：
https://molecularneurodegeneration.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13024-017-0179-7
H129-G4示踪小鼠M1输出环路的fMOST成像
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