【資料圖】

研究小組通過創(chuàng)建 64 種不同的突變菌株，確定了蠕蟲的六種血清素受體的功能作用，每種突變菌株都缺少不同的受體組合。他們發(fā)現(xiàn)三種受體主要驅(qū)動與血清素釋放相關(guān)的減慢行為，而其他三種受體與主要受體相互作用并調(diào)節(jié)其功能。此外，還發(fā)現(xiàn)不同的受體對不同的血清素釋放模式有反應(yīng)。通過熒光標(biāo)記大腦中每個神經(jīng)元中的每個受體基因，研究小組觀察了血清素的作用如何在回路水平上發(fā)揮作用。該研究提供了開發(fā)針對血清素能系統(tǒng)的精神藥物的復(fù)雜性和機會的觀點。

由于血清素是大腦用來影響情緒和行為的主要化學(xué)物質(zhì)之一，它也是精神藥物最常見的目標(biāo)。為了改進這些藥物并發(fā)明更好的藥物，科學(xué)家們需要更多地了解該分子如何影響健康和疾病中的腦細胞和回路。在一項新研究中，麻省理工學(xué)院 Picower 學(xué)習(xí)與記憶研究所的研究人員在一個簡單的動物模型中研究了血清素如何影響從單個分子到動物整個大腦的行為的綜合說明。

“合理開發(fā)針對 5-羥色胺能系統(tǒng)的精神科藥物存在重大挑戰(zhàn)，”Picower 研究所和麻省理工學(xué)院腦與認(rèn)知科學(xué)系副教授、Cell 研究的資深作者 Steve Flavell說。“這個系統(tǒng)非常復(fù)雜。有許多不同類型的血清素能神經(jīng)元在整個大腦中廣泛投射，血清素通過許多不同的受體起作用，這些受體通常被協(xié)同激活以改變神經(jīng)回路的工作方式?！?/p>

蠕蟲線框

C. elegans 蠕蟲的 3D 渲染圖，映射了它的所有神經(jīng)元。圖片來源：Steve Flavell/麻省理工學(xué)院皮考爾研究所

科學(xué)家在人類身上面臨的這些相同的復(fù)雜性都在線蟲蠕蟲C. elegans中發(fā)生，但程度更可控。秀麗隱桿線蟲只有 302 個神經(jīng)元(而不是數(shù)十億個)和 6 個血清素受體(而不是人體內(nèi)的 14 個)。此外，所有秀麗隱桿線蟲神經(jīng)元及其連接都已被繪制出來，其細胞可用于基因操作。最后，F(xiàn)lavell 的團隊開發(fā)了成像技術(shù)，使他們能夠同時跟蹤和繪制蠕蟲大腦中的神經(jīng)活動。由于所有這些原因，該實驗室能夠進行一項新穎的研究，揭示血清素的深遠分子活動如何改變?nèi)X活動和行為。

“這些結(jié)果提供了血清素如何作用于分布在連接組中的不同受體集以調(diào)節(jié)全腦活動和行為的全局視圖，”研究小組在Cell中寫道。

該研究的共同主要作者是 Picower Institute 博士后 Ugur Dag、麻省理工學(xué)院大腦和認(rèn)知科學(xué)研究生 Di Kang，以及前研究技術(shù)員 Ijeoma Nwabudike，后者現(xiàn)在是耶魯大學(xué)的醫(yī)學(xué)博士生。

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