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Nat Commun：汪萌、廖祥等与国内多个课题组协作，建立全脑功能联接图绘制新技术
来源：brainnews
大脑是由数以亿计神经元组成的复杂网络。解析每一个神经元的结构及功能，是神经科学家的梦想，这不仅有助于理解大脑的工作原理，也对于促进人工智能技术发展和疾病诊疗有重要意义。迄今为止，神经科学领域对单个神经元的全脑形态结构解析有了大量进展，已建立涵盖运动皮层、前额叶皮层、海马、纹状体、屏状核和丘脑等多个脑区在内的数千个神经元的全脑形态投射数据库，极大促进了对大脑工作模式的认识；然而并不清楚这些神经元对应的功能是什么。当前迫切需要建立绘制单个神经元功能-投射结构图谱的技术。
2022年3月22日，重庆大学医学院神经智能研究中心汪萌/廖祥团队与陆军军医大学、重庆脑与智能科学中心（广阳湾实验室）、中科院苏州医工所、华中科技大学、广西大学等不同学科课题组合作，在国际综合期刊《自然-通讯》（Nature Communications）发表论文“Brain-wide projection reconstruction of single functionally defined neurons”（全文地址：https://t.cn/A66apEMC，建立了一种称之为2-SPARSE的新技术，综合了双光子钙成像、单细胞电转、病毒标记和fMOST全脑成像等方法，可实现对特定功能的单个神经元全脑范围内的形态投射进行重建。
Nat Commun：汪萌、廖祥等与国内多个课题组协作，建立全脑功能联接图绘制新技术
来源：brainnews
大脑是由数以亿计神经元组成的复杂网络。解析每一个神经元的结构及功能，是神经科学家的梦想，这不仅有助于理解大脑的工作原理，也对于促进人工智能技术发展和疾病诊疗有重要意义。迄今为止，神经科学领域对单个神经元的全脑形态结构解析有了大量进展，已建立涵盖运动皮层、前额叶皮层、海马、纹状体、屏状核和丘脑等多个脑区在内的数千个神经元的全脑形态投射数据库，极大促进了对大脑工作模式的认识；然而并不清楚这些神经元对应的功能是什么。当前迫切需要建立绘制单个神经元功能-投射结构图谱的技术。
2022年3月22日，重庆大学医学院神经智能研究中心汪萌/廖祥团队与陆军军医大学、重庆脑与智能科学中心（广阳湾实验室）、中科院苏州医工所、华中科技大学、广西大学等不同学科课题组合作，在国际综合期刊《自然-通讯》（Nature Communications）发表论文“Brain-wide projection reconstruction of single functionally defined neurons”（全文地址：https://t.cn/A66apEMC，建立了一种称之为2-SPARSE的新技术，综合了双光子钙成像、单细胞电转、病毒标记和fMOST全脑成像等方法，可实现对特定功能的单个神经元全脑范围内的形态投射进行重建。
Cell子刊：动物为什么要睡觉？因为DNA损伤了｜生物世界
2021年11月18日，以色列巴伊兰大学的研究人员在 Cell 子刊 Molecular Cell 上发表了题为：Parp1 promotes sleep, which enhances DNA repair in neurons 的研究论文。
该研究从单细胞水平对为什么需要睡眠进行了详细解释：在清醒状态下，神经元中DNA损伤的积聚会增加睡眠压力，而一种名为Parp1的蛋白质感知到这种不断增加的DNA损伤压力，并发出睡眠信号。在睡眠期间，细胞内进行了有效的DNA修复，降低了驱动睡眠需求的细胞稳态压力。
此前的研究表明，在清醒的时候，DNA损伤会在神经元中积累。巴伊兰大学研究小组表示，他们在小鼠和果蝇身上观察到，清醒和神经元活动会诱导DNA双链断裂（DSB）的发生。
科学家们首先将斑马鱼作为动物模型，他们可以利用斑马鱼来尝试识别细胞睡眠驱动因素，并理解睡眠在恢复单个神经元水平的核稳态中的作用。
利用紫外线辐射、药理学干预和光遗传学，研究人员诱导斑马鱼的DNA损伤，以检查它如何影响它们的睡眠。结果表明，随着DNA损伤的增加，睡眠的需求也会增加，在某一时刻，DNA损伤的积累达到了一个最大阈值，并增加了睡眠压力，以至于触发了睡眠的冲动，斑马鱼就去睡觉了。随后的睡眠促进了DNA修复，从而减少了DNA损伤。
作者表示：“我们的实验表明，睡眠增加了神经元中Rad52和Ku80修复蛋白的聚集，这使得DNA损伤水平正常化。”
研究结果表明，每晚六小时的睡眠足以减少斑马鱼的DNA损伤。而且，令人惊讶的是，在睡眠时间不足6小时后，DNA损伤并没有充分减少，斑马鱼甚至在白天也继续睡觉。研究小组进一步指出——神经元DNA损伤水平与总睡眠时间之间存在很强的正相关，这表明DNA损伤的程度可以预测修复所需的总睡眠时间。
Parp1促发大脑睡眠
如果睡眠是为了修复DNA损伤，那么又引出一个问题——大脑中的什么机制告诉我们需要睡眠才能促进高效的DNA修复？
对此，研究小组指出，睡眠促进DNA损伤修复（DDR）信号通路的活动，该通路包括修复所需的DNA损伤传感器、信号转导器和效应蛋白。DDR蛋白的激活可能会向生物体发出睡眠信号，以增加染色体的动态，并使修复蛋白的有效组装成为可能。
研究人员将目光聚焦于一种名为Parp1的蛋白质，它是DNA损伤修复系统的一部分，对单链和双链DNA断裂做出反应。Parp1标记细胞中的DNA损伤位点，并召集所有相关系统清除DNA损伤。
研究小组发现，Parp1在DNA断裂位点的聚集性在清醒时增加，在睡眠时减少。通过基因和药理学操纵，Parp1基因的过表达和敲低显示，Parp1过表达会促进睡眠，也增加睡眠依赖性修复。相反，Parp1的敲低阻断了DNA损伤修复的信号，这造成了一个十分有趣的结果：这些斑马鱼并没有完全意识到自己累了，就没有去睡觉，也没有进行DNA损伤修复。
为了增强研究的说服力，研究团队进一步在小鼠中进行了相似的实验——利用脑电图进一步测试Parp1在调节小鼠睡眠中的作用。研究结果表明，正如他们在斑马鱼身上所看到的，Parp1基因敲低的小鼠的非快速眼动睡眠（NREM）的持续时间和质量都降低了
结语
总而言之，这项研究通过细胞和核标记成像，加上斑马鱼和小鼠的行为监测，证实了神经元DNA损伤可能是导致睡眠的重要原因——即大脑需要睡眠来促进DNA修复活动，在这个过程中，Parp1是一种重要的睡眠计时器，它会在DNA损伤到达一定程度时，对大脑发出睡眠的指令，促进睡眠过程的发生。 https://t.cn/R2WxjvI
2021年11月18日，以色列巴伊兰大学的研究人员在 Cell 子刊 Molecular Cell 上发表了题为：Parp1 promotes sleep, which enhances DNA repair in neurons 的研究论文。
该研究从单细胞水平对为什么需要睡眠进行了详细解释：在清醒状态下，神经元中DNA损伤的积聚会增加睡眠压力，而一种名为Parp1的蛋白质感知到这种不断增加的DNA损伤压力，并发出睡眠信号。在睡眠期间，细胞内进行了有效的DNA修复，降低了驱动睡眠需求的细胞稳态压力。
此前的研究表明，在清醒的时候，DNA损伤会在神经元中积累。巴伊兰大学研究小组表示，他们在小鼠和果蝇身上观察到，清醒和神经元活动会诱导DNA双链断裂（DSB）的发生。
科学家们首先将斑马鱼作为动物模型，他们可以利用斑马鱼来尝试识别细胞睡眠驱动因素，并理解睡眠在恢复单个神经元水平的核稳态中的作用。
利用紫外线辐射、药理学干预和光遗传学，研究人员诱导斑马鱼的DNA损伤，以检查它如何影响它们的睡眠。结果表明，随着DNA损伤的增加，睡眠的需求也会增加，在某一时刻，DNA损伤的积累达到了一个最大阈值，并增加了睡眠压力，以至于触发了睡眠的冲动，斑马鱼就去睡觉了。随后的睡眠促进了DNA修复，从而减少了DNA损伤。
作者表示：“我们的实验表明，睡眠增加了神经元中Rad52和Ku80修复蛋白的聚集，这使得DNA损伤水平正常化。”
研究结果表明，每晚六小时的睡眠足以减少斑马鱼的DNA损伤。而且，令人惊讶的是，在睡眠时间不足6小时后，DNA损伤并没有充分减少，斑马鱼甚至在白天也继续睡觉。研究小组进一步指出——神经元DNA损伤水平与总睡眠时间之间存在很强的正相关，这表明DNA损伤的程度可以预测修复所需的总睡眠时间。
Parp1促发大脑睡眠
如果睡眠是为了修复DNA损伤，那么又引出一个问题——大脑中的什么机制告诉我们需要睡眠才能促进高效的DNA修复？
对此，研究小组指出，睡眠促进DNA损伤修复（DDR）信号通路的活动，该通路包括修复所需的DNA损伤传感器、信号转导器和效应蛋白。DDR蛋白的激活可能会向生物体发出睡眠信号，以增加染色体的动态，并使修复蛋白的有效组装成为可能。
研究人员将目光聚焦于一种名为Parp1的蛋白质，它是DNA损伤修复系统的一部分，对单链和双链DNA断裂做出反应。Parp1标记细胞中的DNA损伤位点，并召集所有相关系统清除DNA损伤。
研究小组发现，Parp1在DNA断裂位点的聚集性在清醒时增加，在睡眠时减少。通过基因和药理学操纵，Parp1基因的过表达和敲低显示，Parp1过表达会促进睡眠，也增加睡眠依赖性修复。相反，Parp1的敲低阻断了DNA损伤修复的信号，这造成了一个十分有趣的结果：这些斑马鱼并没有完全意识到自己累了，就没有去睡觉，也没有进行DNA损伤修复。
为了增强研究的说服力，研究团队进一步在小鼠中进行了相似的实验——利用脑电图进一步测试Parp1在调节小鼠睡眠中的作用。研究结果表明，正如他们在斑马鱼身上所看到的，Parp1基因敲低的小鼠的非快速眼动睡眠（NREM）的持续时间和质量都降低了
结语
总而言之，这项研究通过细胞和核标记成像，加上斑马鱼和小鼠的行为监测，证实了神经元DNA损伤可能是导致睡眠的重要原因——即大脑需要睡眠来促进DNA修复活动，在这个过程中，Parp1是一种重要的睡眠计时器，它会在DNA损伤到达一定程度时，对大脑发出睡眠的指令，促进睡眠过程的发生。 https://t.cn/R2WxjvI
【北京脑中心王同飞实验室招聘助理研究员、技术员等多个岗位】
王同飞实验室主要研究新陈代谢相关的生理机能调节。我们近期关注小鼠下丘脑神经网络的结构与功能，着重研究两个方向：体温调节和生物节律调节。实验室的长远规划是哺乳动物的冬眠现象，以及可能的临床应用。
我们实验室的研究以科学问题为导向，而不拘泥于特定技术。现代神经生物学研究强调多学科交叉；相应的我们的研究手段丰富而多样，包括电生理，显微成像，光遗传学，神经网络示踪，单细胞测序，质谱，以及动物行为学分析。我们也积极参与新技术的开发。
https://t.cn/A6i1d0Lz https://t.cn/AiWfyfdc
王同飞实验室主要研究新陈代谢相关的生理机能调节。我们近期关注小鼠下丘脑神经网络的结构与功能，着重研究两个方向：体温调节和生物节律调节。实验室的长远规划是哺乳动物的冬眠现象，以及可能的临床应用。
我们实验室的研究以科学问题为导向，而不拘泥于特定技术。现代神经生物学研究强调多学科交叉；相应的我们的研究手段丰富而多样，包括电生理，显微成像，光遗传学，神经网络示踪，单细胞测序，质谱，以及动物行为学分析。我们也积极参与新技术的开发。
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