星形胶质细胞在体转分化的神经元精确整合到大脑视觉环路的机制研究

Neuron loss in the brain of damaged or degenerative lesions is a common feature of neurological diseases, including stroke, Alzheimer's disease, and Parkinson's disease. Generation of new neurons to replace lost neurons is important for repairing brain injury. The adult mammalian brain has a very limited capacity for self-repair in order to recover neuronal cell loss. Direct cell reprogramming-induced neuronal cells from astrocytes provide an important source of cells for neuronal replacement therapy. Although some significant progresses have been made in the study of neuronal transdifferentiation during the past few years, it remains largely unknown whether and how the induced neurons are precisely integrated into the existing mature neural circuits in vivo. To answer these key questions, we take advantage of the well-known brain region, namely primary visual cortex V1 and try to investigate the integration mechanisms of induced neurons. By using immunogold electron microscopy, rabies virus based retrograde trans-monosynaptic tracing and HSV based anterograde trans-monosynaptic tracing, we explore how the transcription factor Ascl1-induced neurons precisely integrated into the visual circuits. The functional characteristics of the induced neurons can be further explored in this project, which holding promise for future application of direct neuronal reprogramming to the neural circuit reconstruction in injured or diseased brains.

神经系统疾病（包括脑中风、老年痴呆症和帕金森病）的一个共同特征是损伤或病变的大脑里神经元出现死亡。产生新的神经元来代替丢失的神经元对于修复脑损伤非常重要。由于成年哺乳动物大脑自我修复能力非常有限，因此利用在体星形胶质细胞转分化得到的功能性神经元可以为神经替代疗法提供潜在的细胞来源。虽然过去几年在体将星形胶质细胞转分化为神经元的研究已取得明显的进展，但对于转分化的神经元能否精确整合到神经环路中仍知之甚少。因此，项目申请人针对这个重要的前沿问题，选用初级视皮层V1脑区作为研究对象，利用免疫电镜技术，逆向跨单突触的伪狂犬病毒示踪系统及顺向跨单突触的单纯疱疹病毒示踪系统，研究转录因子Ascl1诱导的转分化神经元精确整合到成熟大脑视觉环路中的机制。通过本项目的研究，将进一步揭示在体转分化神经元的功能特性，为应用原位在体转分化的神经元来重建并恢复损伤或病变的大脑神经环路奠定坚实的基础。

神经系统疾病（包括脑中风、老年痴呆症和帕金森病）的一个共同特征是损伤或病变的大脑里神经元出现死亡。产生新的神经元来代替丢失的神经元对于修复脑损伤非常重要。由于成年哺乳动物大脑自我修复能力非常有限，因此利用在体星形胶质细胞转分化得到的功能性神经元可以为神经替代疗法提供潜在的细胞来源。虽然过去几年在体将星形胶质细胞转分化为神经元的研究已取得明显的进展，但对于转分化的神经元能否精确整合到神经环路中仍知之甚少。因此，项目申请人针对这个重要的前沿问题，选用初级视皮层V1脑区作为研究对象，研究发现转录因子Ascl1能将视皮层V1第II/III层的星形胶质细胞转分化为神经元，分析转分化神经元的分子属性，特别是递质属性，并利用谱系示踪实验来明确转分化的神经元来源于内源的星形胶质细胞。我们进一步分析了转分化的神经元与内源神经元的连接情况，通过逆向跨单突触的伪狂犬病毒示踪转分化神经元的全脑输入连接并定量分析，通过免疫电镜分析转分化的神经元与内源神经元能形成直接的突触结构。并探索通过单纯疱疹病毒介导的顺向跨单突触标记系统，揭示转分化的神经元的输出连接。通过本项目的研究，我们揭示在体转分化神经元的功能特性，为应用原位在体转分化的神经元来重建并恢复损伤或病变的大脑神经环路奠定坚实的基础。