跳到主页内容
美国国旗

美国政府的官方网站

Dot政府

gov意味着它是官方的。
联邦政府网站通常以.gov或.mil结尾。之前分享敏感信息，确保你在联邦政府政府网站。

Https公司

该站点是安全的。
这个https（https）：//确保您连接到官方网站，并且您提供的任何信息都是加密的并安全传输。

访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
审查
.2020年12月；21(12):669-681.
doi:10.1038/s41583-020-00382-z。 Epub 2020年10月27日。

神经科学的病毒工具

亚历山大·雷克托 1, 埃里克·奈斯特勒 2
附属公司
审查

神经科学的病毒工具

亚历山大·雷克托等。 Nat Rev神经科学. 2020年12月.

摘要

重组病毒是现代神经科学的主力。无论人们想了解神经元的形态、自然活动模式、分子组成、连接性还是行为和生理功能，大多数研究都是从注射工程病毒开始的，通常是注射腺相关病毒或单纯疱疹病毒等多种类型的病毒。重组病毒目前能够实现细胞类型特异性、电路选择性、活性依赖性和时空分辨转基因表达的某些组合。病毒现在被常规用于研究大脑中已确定细胞类型内基因的分子和细胞功能，并可应用光遗传学、化学遗传学、钙成像和相关方法。因此，工程病毒的这些优势特性使神经元功能的表征达到前所未有的分辨率。然而，每种病毒都有特定的优缺点，这使得病毒工具的选择对于正确设计和执行中枢神经系统内的实验至关重要。在当前的综述中，我们讨论了工程病毒的关键原理和用途，并强调了向前推进所需的创新。

PubMed免责声明

利益冲突声明

竞争性利益

作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1|
图1|。神经科学中病毒介导基因转移的关键原理。
演示神经科学家必备的六个关键原则的示意图：病毒包装极限（病毒颗粒可以携带多少核酸）和有效载荷（可以成功包装成病毒颗粒的基因组材料的长度和类型）、输送方法（局部注射与全局注射）、，向性（病毒对特定细胞类型的特异性）、进入性（病毒进入细胞类型并表达其基因产物的能力）、感染性和毒性（病毒感染细胞的效率以及对细胞的危害程度）以及转基因表达动力学（转基因表达的开始和持续时间过程）。这些原则通过权衡特定病毒的优缺点，在决定神经科学家选择病毒时起着关键作用。mRNA的AAA，3′poly（A）尾部；基因X，将转基因包装成病毒颗粒；米7G、 7-甲基鸟苷（mRNA的5′端帽）。
图2|
图2|。利用神经元的连通性访问神经元的病毒策略。
病毒追踪策略通常用于获得整个中枢神经系统细胞类型的特定电路遗传途径。追踪方法通常分为顺行（顶部）和逆行（底部）方法，通常首先在突触前体或终末或突触后体注射病毒（由注射器指示）。特定于回路的病毒追踪方法通常使用“去内脏”结构（即，它们表达很少或没有病毒基因），从而能够以有限的毒性进入细胞类型。由于频繁使用具有复制能力的活病毒，能够跳过一个（单突触）或多个（多突触）突触，因此用于访问细胞类型的单突触和多突触方法通常但并不总是对受感染的细胞有毒。绿色细胞隔室对GFP（绿色荧光蛋白）呈阳性反应，而红色细胞隔室则对mCherry（单体红色荧光蛋白）呈正反应。GFP和mCherry的蓝色细胞室（用于电路特异性顺行追踪的神经末梢和单突触逆行追踪的突触后体）均为阳性。对于电路特异性顺行追踪，AAV-GFP和AAV-SynP-mCherry分别有助于标记整个细胞和神经末梢。请注意，目前无法访问目标细胞类型上游或下游具有给定数量突触的细胞。AAV，腺相关病毒（AAV1是AAV的变体）；AAVrg，AAV的逆行追踪变体；犬腺病毒；EnvA，禽ASLV A型包膜蛋白（TVA同源配体）；单纯疱疹病毒；HSV-H129，单纯疱疹病毒顺行追踪变异株；伪狂犬病病毒；狂犬病病毒；RG，狂犬病G蛋白；SynP，突触素融合构建物（可将荧光团靶向突触前神经末端）；TVA，鸟类对EnvA的受体。
图3|
图3|。评估CNS内基因的功能。
描述特定基因在调节分子、细胞、突触、电路和行为功能中作用的理论框架。一|为了以细胞类型特异的方式获得对细胞群体的遗传访问，可以使用单重组酶（顶部）或双重组酶（底部）“分子逻辑”。双浮动反向开放阅读框（DIO）/翻转剪切（FLEX；一种不可逆的、依赖于Cre的分子开关）通常放置在组成型启动子（pro）之前，允许盒的不可逆激活/表达。当使用驱动线与重组酶的细胞类型特异性表达（即Cre、Flp、Dre、VCre等）配对时，DIO/FLEX开关被不可逆转地激活，从而导致工程转基因的组成性表达。因此，该系统得益于重组酶驱动系的特异性和组成活性启动子的稳健表达（顶部）。INTRSECT（FLEX开关的一种变体；INTRSECT结构通过策略性使用内含子实现交叉分子逻辑）和Introvert（FLEX-开关的一个变体，通过策略性地使用内含子使用与INTRSEC相似的策略）-基于的方法也可以使用双重重组逻辑（即基于两个重组酶的表达）来访问细胞类型。这些重组酶可用于定义细胞群体的任何数量特征，从而在遗传上获得细胞类型时提高特异性（重组酶可根据标记基因表达、投影靶点或活性模式来获得细胞类型）。内含子用于INTRSECT/Introvert方法，以实现分裂基因片段的战略反转（以便重组酶位点可以在重组后剪接出来）。这允许扩展新的正交分子逻辑运算。所示重组酶位点只有在颜色和阴影相同的情况下才能相互重组（底部）。b条|基因表达操作的分子图式。在许多选择中，一个基因可以在DNA（例如，使用簇状规则间隔的短回文重复序列（CRISPR））或RNA（microRNAs，更新的RNA-targeting CRISRP系统）水平上被敲除。在所示示例中，通过诱导基因组中的插入-删除来实现Cas9介导的CRISPR敲除。这种遗传损伤随后在RNA水平上表现出来（在中间的子面板上用一个红点表示），最终导致突变（非功能性/非活性）蛋白质的形成。对于内源性基因表达的上调，“死亡”Cas9（dCas9）融合构建体能够增加转录，并最终增加蛋白质（如右图所示）。三个问号（？？？）代表遗传操作后测量的行为表型结果。c（c）|操作基因表达后的功能读数。例子包括RNA测序揭示的基因表达适应性。这种方法提供了野生型、敲除和上调基因相对表达水平的读数（左）。突触强度的改变可以通过电生理学来确定。样本轨迹显示了神经元对敲除、野生型或过度表达基因产物的假设反应（中间）。在突触水平上，可以比较树突棘数量和形态的变化。这些微尺度的适应可能最终导致动物回路功能和行为的显著变化（右）。mRNA的AAA，3′poly（A）尾部；米7G、 7-甲基鸟苷（mRNA的5′端帽）；sgRNA，单导向RNA（能够将Cas蛋白编程靶向到所需的核酸序列）；WPRE，土拨鼠肝炎病毒转录后调控元件。
请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

查看所有类似文章

引用人

查看所有“被引用”文章

工具书类

    1. 巴尔的摩D动物病毒基因组的表达。细菌。第35版，第235–241页（1971年）。-项目管理委员会-公共医学
    1. Lefkowitz EJ等人，《病毒分类：国际病毒分类委员会（ICTV）数据库》。《核酸研究》46，D708–D717（2018）。-项目管理委员会-公共医学
    1. Flint SJ、Racaniello VR、Rall GG、Skalka AM和Enquist LW《病毒学原理》第4版（ASM，2015）。
    1. Seo JW等人。新型AAV衣壳的正电子发射断层扫描成像绘制了大脑的快速积聚。《国家公报》第11卷，第2102页（2020年）。-项目管理委员会-公共医学
    1. Knowland D等人。不同的腹侧苍白球神经群介导不同的抑郁症状。细胞170，284–297.e18（2017）。-项目管理委员会-公共医学