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沿着连接寻找细胞,AAV11带来哪些新窗口?

Nature communications · 2023-06-26

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Nature Communications · 研究前沿

沿着连接寻找细胞,AAV11带来哪些新窗口?

从逆行标记投射细胞到星形胶质细胞转导,AAV11在多条小鼠连接中提供新选择。它与常用载体各有所长,也让疾病模型中的标记差异更值得细看。

原论文图6B局部:AAV11标记的海马星形胶质细胞荧光视野

想弄清脑区之间怎样交流,首先要找到“谁把信号送到了这里”。病毒载体可以沿投射末梢逆行抵达细胞体,让这些连接的来源显现出来。不过,同一种载体在不同连接上的表现并不相同,一些细胞容易被标记,另一些则可能被遗漏。2023年6月26日发表于 Nature Communications 的研究,考察了一种较少使用的天然血清型AAV11。在成年雄性小鼠中,它能够逆行标记多类投射细胞,与常用AAV2-retro呈现互补特点;结合星形胶质细胞相关启动子,又能增强特定区域的胶质细胞转导。这为从连接、活动到神经元与胶质细胞关系的研究,打开了新的观察窗口。

关键发现

AAV11的优势随连接而变:在多个通路中标记更强,在部分通路中则不及AAV2-retro。结合合适的表达控制,它能够记录投射群体钙活动并标记星形胶质细胞,为细胞与连接研究增加一种工具。

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标记从目的地出发,回到信号来源

在尾状壳核区域,AAV11既引出局部荧光表达,也标记到向这里投射的上游细胞。皮层与丘脑的多个区域出现信号,说明这类载体能够帮助追踪输入来源。细胞因连接去向而被选择,成为理解网络的一条路径。

研究还在初级视觉皮层的测试连接中检查了顺行跨突触传播,未观察到已知下游区域的标记细胞体。与末梢摄取后的逆行运输解释相结合,这些结果支持AAV11在所测条件下作为逆行标记工具的用途。

原论文图 1局部表达与上游投射细胞标记
局部表达与上游投射细胞标记
图1展示尾状壳核局部荧光及多个上游区域的投射细胞标记。
来源:Han Z et al. · Nature communications · CC BY
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面对同一处目的地,两种载体各有所长

以腹侧海马作为连接目的地,AAV11在背侧海马、中线丘脑、背侧内梨状核、丘脑外侧背核和内侧隔区等来源中,标记到更多细胞。AAV2-retro则在内嗅皮层输入中表现更强。优势并非朝同一个方向展开。

换批次、交换荧光颜色以及分别测试载体的比较,为这些差别提供了补充支持。不同载体让不同投射群体更容易显现,也意味着一幅标记图既受真实连接影响,又受转导能力影响。互补的工具能够帮助拓宽观察范围。

原论文图 2腹侧海马输入的载体差异
腹侧海马输入的载体差异
图2对照两种载体在腹侧海马上游区域的标记数量,AAV11与AAV2-retro各有较强的来源区域。
来源:Han Z et al. · Nature communications · CC BY
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目的地换了,标记的优势也会改变

在通向导水管周围灰质的连接中,AAV11在中央杏仁核、皮层第六层、背侧乳头前核、无名质和下丘脑腹内侧核标记到更多细胞。皮层第四、第五层的比较则没有显著差异,同一套比较中出现了不同层次的结果。

这种连接依赖性很有意义:用一种载体得到较少标记,并不自动说明那条连接很弱。细胞进入、运输与表达的差别都可能参与形成结果。AAV11增加的,是一条观察某些以往不易显现群体的路线。

原论文图 3导水管周围灰质上游的比较
导水管周围灰质上游的比较
图3展示不同来源区域的标记差异;皮层第四、第五层比较未显著改变。
来源:Han Z et al. · Nature communications · CC BY
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连接去向之外,还能加入细胞类型这条线索

结合Vgat-Cre小鼠,研究关注通向伏隔核的GABA能投射细胞。AAV11在纹状体样杏仁核区域和导水管周围灰质标记更多,AAV2-retro在腹侧被盖区更强;下丘脑背内侧核的两者比较没有显著差异。

连接去向与遗传身份共同限定了观察群体。结果也再次表明,某一脑区内的优势,不能直接延伸到其他来源。不同类型的投射细胞,可能需要不同的载体选择,才能形成更完整的网络图景。

原论文图 4伏隔核输入中的GABA能细胞标记
伏隔核输入中的GABA能细胞标记
图4比较通向伏隔核的GABA能来源细胞,显示AAV11与AAV2-retro的优势随脑区而不同。
来源:Han Z et al. · Nature communications · CC BY
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找到细胞之后,还能看到它们何时响应

研究进一步观察通向伏隔核的VTA细胞。小鼠舔饮蔗糖溶液时,这一投射群体的钙信号升高。两个不同的表达方案都记录到了相关响应,显示AAV11能够支持对连接定义群体的活动观察。

这一步把静态的连接图与行为时刻联系起来:不仅知道信号可能来自哪里,也能够观察相关群体何时改变活动。钙信号描述的是投射细胞的群体响应,为后续研究这些细胞的类型、作用和行为关系提供了基础。

原论文图 5舔饮蔗糖时的投射群体钙响应
舔饮蔗糖时的投射群体钙响应
图5展示通向伏隔核的VTA细胞在舔饮蔗糖时的钙响应,两种表达方案均记录到相关信号。
来源:Han Z et al. · Nature communications · CC BY
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观察窗口,也可以转向星形胶质细胞

结合GfaABC1D启动子,AAV11的表达主要落在星形胶质细胞中,仍有少量不与GFAP标记重叠的细胞。在背侧海马,它标记到的星形胶质细胞多于AAV8;在尾状壳核及相关海马比较中,也比AAV5标记更多。

结合另一种载体AAV1,研究还在丘脑腹后内侧核至桶状皮层连接中同时显现投射神经元与胶质细胞。这种协同标记为观察神经元—星形胶质细胞的联系提供新可能,但荧光共现还需要与功能研究结合,才能理解它们怎样协作。

原论文图 6星形胶质细胞转导与协同标记
星形胶质细胞转导与协同标记
图6展示星形胶质细胞相关表达、载体间标记数量比较,以及丘脑—皮层体系中的神经元与胶质细胞标记。
来源:Han Z et al. · Nature communications · CC BY
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标记变少,为连接变化提供线索

在10月龄APP/PS1阿尔茨海默病模型与野生型小鼠中,研究从背侧海马追踪输入。模型动物的对侧背侧海马、内嗅皮层和内侧隔区,标记到的投射细胞更少。这让疾病背景下的连接差异成为可进一步研究的对象。

较少标记可能涉及连接减少,也可能与逆行运输能力或对载体的免疫反应变化有关。研究将这些解释保留为待分辨的问题。AAV11的价值在于扩展观察窗口:它为特定投射和胶质细胞带来新的可见性,也促使研究者更细致地理解一幅荧光图背后的生物学。

原论文图 7APP/PS1与野生型小鼠的标记差异
APP/PS1与野生型小鼠的标记差异
图7展示背侧海马上游三个区域的标记数量下降,结果提示待进一步分辨的疾病相关连接或转导变化。
来源:Han Z et al. · Nature communications · CC BY
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论文信息

Han Z, Luo N, Ma W, Liu X, Cai Y, Kou J, Wang J, Li L, Peng S, Xu Z, Zhang W, Qiu Y, Wu Y, Ye C, Lin K, Xu F.
AAV11 enables efficient retrograde targeting of projection neurons and enhances astrocyte-directed transduction
Nature communications · 2023-06-26
DOI: 10.1038/s41467-023-39554-7