示踪病毒的运用

第26卷第6期2014年6月生命科学ChineseBulletinofLifeSciencesVol.26,No.6Jun.,2014文章编号1004-0374(2014)06-0634-11DOI:10.13376/j.cbls/2014089收稿日期2014-05-22基金项目科学(9113230720921004)科学科(XDB02050005)科(2012BAI23B02)#并列第一作者*通信作者E-mail:[e-mail]:027-87197091利用嗜神经病毒跨突触追踪神经网络研究进展张志建1,2,3#靳　森1,4#朱续涛1,4贾　凡1王华东1刘　青1何晓斌1徐富强1,2,3,4*(1科学学生4300712科学生命科学学43007134300744科学学100049)摘　要科学科学生学科学关键词中图分类号Q42Q939.4R373.9文献标志码A徐富强，中国科学院武汉物理与数学研究所研究员、博士生导师，武汉光电国家实验室(筹)多模态小动物成像研究团队负责人，华中科技大学生命科学学院兼职教授，中国神经科学会技术委员会副主任。先后获中科院“百人计划”和“国家杰出青年科学基金(外籍)”支持。相继承担了国家自然科学基金委重点项目“标记和研究记忆相关神经环路的新技术新方法”，中科院战略性先导科技专项“神经回路示踪及其在感知觉等联结图谱研究中的应用”等。本课题组综合不同层次和尺度的神经生物学方法和技术，研究嗅觉及AD动物模型的神经回路系统。在此基础上，建立了分子生物学、神经环路示踪、微透析、电生理、光学成像、磁共振成像、动物行为等技术和方法，尤其是近年来率先在国内开展了嗜神经工具病毒的开发和运用研究。目前构建了各种工具病毒载体约50余种，建立了嗜神经工具病毒研究神经环路结构与功能的各类标记系统和较完善的技术平台，已在与国内外数十家优秀实验室和著名医院的合作中得到应用。为构建微观的分子/细胞水平研究与宏观的系统/行为水平研究之间的桥梁，解决基础神经生物学问题及重大神经精神疾病相关的神经环路等问题提供了有力的工具。第6期635Advancementinneurotropicvirus-mediatedtrans-synapticneuralcircuittracingZHANGZhi-Jian1,2,3#,JINSen1,4#,ZHUXu-Tao1,4,JIAFan1,WANGHua-Dong1,LIUQing1,HEXiao-Bin1,XUFu-Qiang1,2,3,4*(1KeyLaboratoryofMagneticResonanceinBiologicalSystems,StateKeyLaboratoryofMagneticResonanceandAtomicandMolecularPhysics,WuhanInstituteofPhysicsandMathematics,theChineseAcademyofSciences,Wuhan430071,China;2CollegeofLifeScienceandTechnology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan43007,China;3WuhanNationalLaboratoryforOptoelectronics,Wuhan430074,China;4UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:Developingthetechnologytodissectthebraincircuitsbecameurgentinneurosciencetounderstandthebrainfunctions.Thetechnologyforneurotropicvirus-mediatedtrans-synaptictracinghasdevelopedrapidlyandbecomesthemosteffectivetechnologyforrevealingthestructureofthebraincircuittodate.Variousneurotropicviruseshaveitsownmolecularfeatures,trans-synapticcharacteristicandstrategyofrecombination.Thegeneticrecombinantsoftheneurotropicvirusesenableustodissecttheinputandoutputcircuitsofspecificbrainregionorcelltypeoftheneuronsatmultipleorsinglestepofsynapticconnections.Thisreviewsummarizesthefundamentalcharacteristicoftheseneurotropicvirusesandrelatedhelperviralvectors,aswellastherecentadvancementinstudiesofneuralcircuitsusingtheseneurotropicviruses.Keywords:neurotropicvirus;trans-synaptictracing;neuralcircuitsWGATTC(neurotropicvirus)(1)(2)(3)(4)1　嗜神经病毒的特性及其在神经环路示踪中的研究进展生α科(α-herpesvirus)(pseudorabiesvirus,PRV)HSV-1-129科(rhabdoviruses)(rabiesvirus,RV)(vesicularstomatitisvirus,VSV)(adeno-associatedvirus,AAV)(retrovirus)(lentivirus)(1)学学(reversedgenetics)(homologousrecombination)[1]科学第26卷6361.1　单纯疱疹病毒PRVHSV-1-129α科DNA200~250nm150kb70生期期期期DNA生Pomeranz[1]1.1.1(PRV)(Aujeszky’sdisease)PRV[1]生PRV(Becker)()()BarthaPRV-BarthagEgIUS9PRVUS9PRVgIPRVgEPRVKobiler[2]PRV-Barthaβ-(β-galactosidase)(Brainbow)Boldogkoi[3]gEgIKaplanPRVKerman[4]PRV-152PRV-Bablue(gastrocnemiusmuscle)(adrenalgland)PRVLuo[5](ventraltegmentalarea,VTA)PRV(lateralseptum,LS)PRVCA3CA3LSVTAPRVSeiler[6]PRV-BarthaPRV2001年DeFalco[7]Cre-LoxPPRV-BaBluePRV(1)PRV(thymidinekinase,TK)CMVP-LoxP-STOP-LoxP-egfp-IRES-tkLoxP-STOP-LoxP(LSL)CreEGFPTK命Ba2001CreGFPTK表1　神经环路研究常用病毒的特性比较DNA152kb70(HSV-1-129)DNA150kb70(Bartha)RNA11.9kb5RNA11~12kb5DNA4.7kb5RNA9.3kb9第6期637Y(neuropeptideY,NPY)DeFalco[7]Ba2001NPY-CreYoon[8]生(luteinizinghormone-releasinghormone,LHRH)生PRVbrainbowCre生[2]Card[9-10]PRV-brainbow1.1.2HSV-1-129HSV-1-1292070年[11]HSV-1-129[12][13-15]HSV-1-1292011年LoAnderson[16]Ba2001HSV-1-129Cre——H129DTK-TTH129DTK-TTDimitrov[17]H129DTK-TTVgatires-Cre/+(centralamygdala,CAmy)(posteriorlateralhypothalamicarea,PLH)GABAAPRV-BarthaBTKPRV-BarthaLSLeGFPTKCreLSLPRV-Ba2001图1　经过重组改造的PRV[7]科学第26卷638CAmyPLHGABA1.1.3PRVHSV-1-129期期PRVHSV-1-129PRVHSV-1-129Cre-LoxPBa2001PRV-BathaH129DTK-TTHSV-1-129HSV-1-129Ba20011.2　弹状病毒RVVSV科80nm180nmRNA12kb5nucleoprotein(N)phosphoprotein(P)matrixprotein(M)glycoprotein(G)polymerase(L)RNARNALPpH生RNARNAmRNA[18-19]1.2.1RVRV生生[20-21]生[22]生RV学[23]RVRV生[24]学RV[22,25]Wickersham[26]RVSadB-19GGFPmCherry(aviansarcoma-leukosisvirus,ASLV)(EnvA)RVEnvATVARV生AAVTVARVTVARVG(RV-G)生RV-G生RV-G第6期639RV(2)[27]RV5~12d期期期[28]学RV(Gcamp)(iGluSnFR)(VSFPArch)(ChR2)1.2.2VSVVSV[19,29]VSV第1.5hvandenPol[30]GFPdG-VSV1hBeier[31]VSVVSV(VSV-G)RVRV-GVSVVSV-G2013年Beier[32]VSVRVVSVAGBTVAGGFPEnvAmCherryEnvA-RV-mCherryRNA生[27]图2　RV逆向标记单突触神经环路的示意图科学第26卷6401.3不跨突触的病毒系统科学(adeno-associatedvirus,AAV)(retrovirus)(Lentivirus)1.3.1AAVDNA4.7kbAAV[33]AAVAAV[34]AAV科学AAV2589DJ1/2AAV8925[35]1/25AAVDNA[36]AAVscAAVDNA,DNA[37]AAVCAGEF1αCamKIIAAVCre-LoxP[34]1.3.2cDNA期[38](moloneymurineleukemiavirus,MMLV)HIV[39][39]DIOCre-LoxP[40]VSV-GRV-G[41]1.4　其他可能用于神经环路标记的嗜神经病毒[42]生学学()()()2利用嗜神经病毒解析神经网络的问题及方法2.1　单一嗜神经病毒可抽提如下信息2.1.1TVARV-GEnvARV(RV-G)RVVSV-GEnvAVSV(VSV-G)2.1.2PRVRV第6期6412.1.3HSV-1-129VSV2.1.4CreAAVAAVCreTVARV-GEnvARV-GRV()EnvA-RV2.1.5CrePRV-Ba2001CrePRV2.1.6CreH129∆TK-TTCreHSV-1-1292.2两种嗜神经病毒组合可抽提如下信息2.2.1PRVC57/BLPRV152(GFP)PRV614(RFP)(3)RV[43](4)2.2.2PRV267(CreA)PRV263(BrainbowB)PRV(C)CABPRV263(Brainbow)C(DE)PRVABC200μm图3　C57小鼠两侧嗅球分别注射PRV152及PRV614，在蓝斑核观察到共标记的神经元科