鉴别出形成特定脑环路的基因

 
通过首次对哺乳类脑细胞运用强大的基因搜索技术，约翰霍普金斯大学的研究人员鉴定了一个基因涉及通过大脑传递信号的回路的建立。研究人员说，这个基因更像是大脑老化过程的参与者。此外，为了演示这项新技术的有用性，这项发现为涉及到复杂精神病如自闭症和精神分裂症的更快的研究铺平了道路，包括对这些病症的药物研发。有一篇这项研究的综述在《Cell Reports》杂志上发表。

“我们一直在寻找一种方法同时在海量的基因中，来筛选哪些基因对我们感兴趣的（目标）有影响，”主导了这项研究的约翰霍普金斯大学Solomon H. Snyder神经系统科学院主管以及霍华休斯医学研究中心研究员Richard Huganir博士说道，“通过改变神经元中的一个自动处理过程，我们已能够在800个基因中找到我们需要的那个，以形成突触连接的那些细胞。”
Huganir提醒，尽管自动基因筛选技术已经运用于生物学的其它领域，许多神经科学研究替代了依赖与已有知识，以形成一个关于单个基因在大脑中扮演的角色的假说。但习惯上，研究人员破坏或“剔除”实验室生产细胞或动物的基因，来测试他们的假说，这是一个耗时耗力的过程。

这项研究中，Huganir的团队使用一个有很多小孔塑料板，可一次测试很多基因。一个自动装置用来精确的往每个小孔中分配细胞和营养物，沿着设计好的微粒来破坏细胞的某一个基因，每个小孔中不同的基因被破坏。
“最大的挑战是获得神经元，它们太过于敏感，在这些自动控制条件下难以发挥作用，” Huganir小组的助理研究员KamalSharma博士说。这个小组用了一种试错法，调整培养液更换的频率并且增加了清洗步骤，最终‘勾引’（促使）细胞在小孔中茁壮成长。此外，Sharma说道，他们对一种自动显微镜进行微调，用以给在孔中形成的回路拍照，并计算细胞中形成的突触的数量。
这个研究小组用这种办法筛选了800种基因，发现了细胞中一种叫LRP6的基因被破坏后小孔中的巨大不同。LRP6是早前被鉴定出作为一种称做Wnt通路生物化学链的一个参与者，Wnt通路控制大脑中一系列处理过程。Sharma说，有意思的是，该小组发现LRP6仅仅在一种叫做兴奋性树突的特殊树突上找到，认为它能够使Wnt通路裁剪它的影响到仅一种树突。
 “随着年龄的老化，兴奋性树突发生改变，一般来说Wnt通路在其后生命的改变将加速老化。然而，我们不知道老化的大脑中的树突组织发生了什么改变。我们的发现带来了有趣的问题：是Wnt通路改变了那些树突组织吗？如果是，那么是如何改变的呢？” Sharma说道。“我们有兴趣学习更多关于LRP6和其它蛋白质是如何相互影响的，以及它在不同的脑细胞中不同的回路形成和完善阶段是如何作用的”
他说，这项研究的另外一个合适的成果是广泛应用基因筛选技术，用于探索复杂精神疾病的遗传性。这套自动技术同时能应用于影响大脑细胞的一系列微粒的简单测试，来筛选哪些可能作为潜在的药物。