獨特的同源盒編碼指代秀麗隱杆線蟲的所有神經元類別

2020-12-03 科學網

獨特的同源盒編碼指代秀麗隱杆線蟲的所有神經元類別

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/8/21 15:55:16

美國哥倫比亞大學Oliver Hobert研究組發現，獨特的同源盒編碼指代秀麗隱杆線蟲的所有神經元類別。相關論文於2020年8月19日在線發表在《自然》雜誌上。

通過檢查秀麗隱杆線蟲基因組編碼的所有保守同源域蛋白的表達，研究人員發現，可以通過同源域蛋白表達的獨特組合分別描述完整的118個秀麗隱杆線蟲神經元類別。這提供了目前最簡單的神經元多樣性描述。計算和遺傳功能喪失分析證實了同源域蛋白不僅提供神經元類型的獨特描述，而且在指定神經元身份方面也起著關鍵作用。研究人員推測在定義獨特神經元身份中同源盒基因的廣泛使用反映了神經元細胞類型分化的進化歷史。

 

據介紹，目前尚不清楚是否可以將神經元細胞類型多樣性（由特定於細胞類型的解剖學、生物物理、功能和分子標記所定義）簡化為神經元同一性的簡單分子描述。

 

附：英文原文

Title: Unique homeobox codes delineate all the neuron classes of C. elegans

Author: Molly B. Reilly, Cyril Cros, Erdem Varol, Eviatar Yemini, Oliver Hobert

Issue&Volume: 2020-08-19

Abstract: It is not known at present whether neuronal cell-type diversity—defined by cell-type-specific anatomical, biophysical, functional and molecular signatures—can be reduced to relatively simple molecular descriptors of neuronal identity1. Here we show, through examination of the expression of all of the conserved homeodomain proteins encoded by the Caenorhabditis elegans genome2, that the complete set of 118 neuron classes of C. elegans can be described individually by unique combinations of the expression of homeodomain proteins, thereby providing—to our knowledge—the simplest currently known descriptor of neuronal diversity. Computational and genetic loss-of-function analyses corroborate the notion that homeodomain proteins not only provide unique descriptors of neuron type, but also have a critical role in specifying neuronal identity. We speculate that the pervasive use of homeobox genes in defining unique neuronal identities reflects the evolutionary history of neuronal cell-type specification. Each one of the complete set of 118 neuron classes in Caenorhabditis elegans can be specified individually by the expression of unique combinations of homeodomain proteins.

DOI: 10.1038/s41586-020-2618-9

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2618-9

相關焦點

  • 秀麗隱杆線蟲:生物黑箱的「透明窗」
    秀麗隱杆線蟲（Caenorhabditis elegans）是生活在溫和土壤裡的一種非寄生的多細胞真核生物，以微生物如大腸桿菌等為食。關於線蟲的研究要追溯到1963年，Sydney Brenner（2002年諾貝爾生理學或醫學獎得主）開始利用線蟲進行神經元發育的研究，並逐漸使線蟲成為一種模式生物。線蟲研究至今已經三獲諾貝爾獎。
  • 科學家破解秀麗隱杆線蟲「靈活」逃逸的秘密
    近日，中國科學技術大學教授溫泉研究組結合實驗和理論分析，揭示出秀麗隱杆線蟲在逃逸行為中產生穩健而靈活運動的神經環路機制和算法，破解了其「靈活」逃逸的秘密。相關成果在線發表於eLife。
  • 光遺傳學和秀麗隱杆線蟲
    近年來，光遺傳學在神經學及相關疾病的領域應用相當的火熱，同時秀麗隱杆線蟲也是研究神經元的很好的模式動物，先簡單介紹這兩個科學概念。光遺傳學（optogenetics）是近幾年正在迅速發展的一項整合了光學、軟體控制、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物工程技術。
  • 【中國科學報】科學家破解秀麗隱杆線蟲「靈活」逃逸的秘密
    近日，中國科學技術大學教授溫泉研究組結合實驗和理論分析，揭示出秀麗隱杆線蟲在逃逸行為中產生穩健而靈活運動的神經環路機制和算法，破解了其「靈活」逃逸的秘密。相關成果在線發表於eLife。　　通體透明的秀麗隱杆線蟲，其神經系統相對簡單但功能齊全，非常適合以光學的方式對神經元活動進行操控和監測，因此是研究神經生物學的理想模式生物。
  • 秀麗隱杆線蟲規避病原體機制
    秀麗隱杆線蟲規避病原體機制 作者：小柯機器人 發布時間：2020/9/12 21:35:13 美國普林斯頓大學Coleen T. Murphy課題組取得一項新突破。
  • MIT用19個神經元實現自動駕駛控制,靈感來自秀麗隱杆線蟲
    打造一個自動駕駛控制系統需要多少個神經元？MIT的科學家告訴你，最少只要19個！方法是向線蟲這種初等生物學習。他們發現，具有19個控制神經元的單個算法，通過253個突觸將32個封裝的輸入特徵連接到輸出，可以學習把高維輸入映射到操縱命令。這種新的AI系統用少量人工神經元控制車輛轉向。而基於LSTM的神經網絡打造同樣的自動駕駛系統，網絡結構則要複雜得多。
  • Science:成功構建秀麗隱杆線蟲發育的分子圖譜
    他們使用了新興的單細胞生物學領域的最新技術來分析秀麗隱杆線蟲胚胎中的細胞。相關研究結果於2019年9月5日在線發表在Science期刊上，論文標題為「A lineage-resolved molecular atlas of C. elegans embryogenesis at single-cell resolution」。論文通訊作者為賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的John I.
  • 線蟲神經網絡首次完整破解,揭秘大腦功能如何產生
    在這項研究中，研究人員畫完了秀麗隱杆線蟲全部神經元的完整圖譜，以及全部神經元之間所有的7000個連接。它具有固定且已知的細胞數量和發育過程，為第一種完成全基因組測序的多細胞真核生物，首個完成連接組（connectome，神經元連接）測定的生物體。因為在秀麗隱杆線蟲線蟲的整個身體裡，只有大約1000個細胞。但三分之一都是腦細胞，就是神經元。
  • 研究闡明秀麗隱杆線蟲產生穩健而靈活運動的神經環路機制和算法
    該研究結合實驗和理論分析，揭示出秀麗隱杆線蟲（簡稱線蟲）在逃逸行為中產生穩健而靈活運動的神經環路機制和算法。生物體的運動行為既井然有序又豐富多樣。一般認為，這是由一系列保守的基礎運動模塊靈活組合而成。為了探索和適應環境，神經系統是如何產生複雜多變的運動序列仍然是未解之謎。溫泉研究組以線蟲為研究對象，探究生物體產生穩健而靈活運動序列的神經環路機制。
  • 溫泉組闡明秀麗隱杆線蟲產生穩健而靈活運動的神經環路機制和算法
    該研究結合實驗和理論分析，揭示出秀麗隱杆線蟲（簡稱線蟲）在逃逸行為中產生穩健而靈活運動的神經環路機制和算法。生物體的運動行為既井然有序又豐富多樣。一般認為，這是由一系列保守的基礎運動模塊靈活組合而成。為了探索和適應環境，神經系統是如何產生複雜多變的運動序列仍然是未解之謎。
  • 秀麗隱杆線蟲為人類抗衰老帶來新希望,VRK-1蛋白是關鍵!
    本文為轉化醫學網原創，轉載請註明出處 作者：Cathy 導言：秀麗隱杆線蟲近期，有研究人員通過改變秀麗隱杆線蟲細胞中一種蛋白質的活性，達到了延長其壽命的效果。 秀麗隱杆線蟲和人類有很多相同的基因，且壽命較短，一般只有2周左右，其短期內的壽命變化，可作為人類抗衰老研究的重要參考依據。
  • 科普:線蟲也會有「青春期糾結」
    新華社北京1月9日電 人在青春期多少會感到些焦慮、糾結,而一項新研究發現,線蟲也有類似情況。研究人員說,這種糾結感與青春期的神經發育有關,或許是進化中為未成年者保留的「多種方向選擇」所致。美國索爾克生物研究所研究人員在新一期《電子神經》期刊上報告說,他們發現,儘管基因完全相同,但處於「青春期」的線蟲在行為方式、覓食習慣等方面都與成年線蟲有明顯差異。
  • 陝西檢驗檢疫局首次截獲不速之客秀麗隱杆線蟲
    據了解，4個平皿內培養的均為秀麗隱杆線蟲。作為一種模式生物，秀麗隱杆線蟲以細菌為生，3天為一生殖周期，產卵約300個，壽命在2至3周。目前，郵檢辦已將平皿移交實驗室進行進一步檢測。
  • Neuron:新研究揭示線蟲的基因表達完整圖譜
    神經元定位以及功能的實現需要遵循怎樣的「規則」呢，它們如何相互連接以及它們執行哪些功能？「創建這個極其複雜的大腦神經網絡是需要基因編碼完成的。」Cell Miller教授，David Miller博士說: 「如果你真的想了解如何大腦是如何建造出來的，那麼你需要了解首先了解其遺傳學機制。」
  • 「Science子刊」秀麗隱杆線蟲為人類抗衰老帶來新希望，VRK-1蛋白是關鍵
    本文為轉化醫學網原創，轉載請註明出處 作者：Cathy導言：秀麗隱杆線蟲近期，有研究人員通過改變秀麗隱杆線蟲細胞中一種蛋白質的活性，達到了延長其壽命的效果。秀麗隱杆線蟲和人類有很多相同的基因，且壽命較短，一般只有2周左右，其短期內的壽命變化，可作為人類抗衰老研究的重要參考依據。近期，有研究人員利用秀麗隱杆線蟲，對監測細胞能量的兩種蛋白質進行修復，來調控細胞內線粒體的呼吸作用，結果發現它的壽命大大延長。
  • 秀麗隱杆線蟲延壽5倍,人類可活到400歲?
    最近，生命科學研究領域再次獲得重大突破，南京大學攜手美國芒特迪瑟特島生物實驗室（MDI生物實驗室）和加利福尼亞州諾瓦託巴克老齡化問題研究所（Buck衰老研究所），聯合開展了一項延長秀麗隱杆線蟲壽命的研究，以此探索能夠幫助人類延長壽命的長壽因子。
  • 【Science子刊】秀麗隱杆線蟲為人類抗衰老帶來新希望,VRK-1蛋白是關鍵!
    VRK-1是一種核蛋白，可以延長秀麗隱杆線蟲的壽命研究小組發現，在低細胞能量狀態下，VRK-1-AMPK細胞能量監測過程的活性增強，並通過抑制線粒體呼吸來實現這一過程。線粒體呼吸是一組代謝化學反應，利用線蟲呼吸的氧氣，將食物中的大量營養物質轉化為細胞消耗的能量「貨幣」，以支持生命活動。
  • Science:modENCODE計劃秀麗隱杆線蟲和黑腹果蠅的系統分析數據發布
    來自耶魯大學等處的研究人員對兩種重要的模式動物：秀麗隱杆線蟲（Caenorhabditis elegans）和黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）進行了系統分析，從而獲得了詳細的相應基因表達的數據。這一研究屬於modENCODE計劃，研究成果公布在Science雜誌上。