苍蝇中个体神经元的研究揭示了基因活性的内存相关变化
普林斯顿大学的研究人员已经开发出一种高度敏感和精确的方法，探讨果蝇蝇脑的单一神经元内的内记忆形成重要的基因。通过这种方法，研究人员发现了一个意想不到的结果：在大脑中创造长期记忆中涉及的某些基因是对眼睛的光的相同的基因。
该研究，发表于5月17日期刊细胞报告，展示了新方法的效用，并确定了长期推动的基因表达的新模式记忆形成。
“最终，了解大脑，我们想知道什么单个神经元正在做的是，“普林斯顿神经科学研究所的助理教授和分子生物学系的Mala Murthy说。”我们发现单身神经元可以通过它们的基因表达模式来定义，即使它们都在同一脑网络中。“
为了他们的惊喜，研究人员发现了很多活性基因在这些神经元中，产生最适合其作用的蛋白质，以便在苍蝇的眼睛中检测光线中的光或传感气味。“这些感觉蛋白可能已经被大脑重新押出不同的功能，”穆斯蒂说。
“即使纸张专注于该方法，我认为对该领域有影响力，这里有这本新科学在这里 - 我们发现的全新分子在中大脑中，似乎参与了记忆形成穆斯蒂说。
研究人员已经知道，在果蝇中的长期记忆中，在形成神经生物学研究中的长期记忆过程中，研究人员已知基因“开启”或开始制造蛋白质，但他们不知道依据涉及神经元的哪个基因。
为了调查这个问题，研究人员首先培训了苍蝇形成长期记忆。然后它们从蝇脑中提取单个神经元，并评估编码蛋白质的所有基因读数或转录物。通过比较记忆训练苍蝇与未培训苍蝇的转录，研究人员能够识别参与长期记忆形成的基因。
这项任务的苍蝇头的微小尺寸很复杂，即只有一毫米，含有少于100,000个神经元。Murthy的团队专注于大脑的一部分中的神经元类型，蘑菇体，以其独特的形状命名。
第一作者Amanda Crocker是Murthy实验室的前博士博士，现在是Modebrury College的神经科学助理教授，并于普林斯顿神经科学研究所的一名高级研究专家小娟关合作，进行了实验。Coleen Murphy，分子生物学教授和刘易斯 - Sigler综合基因组学研究所;和穆尔蒂。
“我们的工作开辟了使用果蝇作为一种方法来研究单一神经元中基因表达如何涉及大脑功能的方法，”克罗克说。“这是一个挑战，因为苍蝇大脑非常小，并且含有较少的神经元，而不是神经科学家研究的其他生物。使用苍蝇的优点是它们在他们所做的神经元中具有显着较少的冗余。我们可以看看特定的神经元和基因表达，并询问该细胞中的基因正在做什么，以引起行为。“
研究人员通过将它们暴露于气味来培训苍蝇，形成长期记忆 - 是一种泥土，蘑菇样气味（3-辛醇）或类似型嗅觉（4-甲基环己醇） - 同时输送负刺激电击的形式。
训练发生在含有两个气味的管中，一个在管的每一端。研究人员将其中一个气味与电击配对，结果避免了管的末端。测定在黑暗中进行，使得苍蝇只能使用它们的嗅觉，而不是它们的视觉，以导航管。
第二组苍蝇收到了电击和气味，但不是同时，所以他们没有形成与震惊气味的记忆。
然后，研究人员使用微小的玻璃管从苍蝇中分离单个神经元，以吸入细胞。Murthy表示，利用这种技术收获神经元并不常见，并且尚未结合在飞蝇神经元中的基因活性完全分析。通过这种新方法，他们只能使用10到90毫颌骨 - 千克遗传物质的千兆。
它们通过观察Messenger核糖核酸（mRNA）的生产，DNA和蛋白质之间的中间体评估基因活性。结果是“转录组”或读出细胞用于产生蛋白质的所有遗传信息。然后研究人员读取转录组以了解在记忆训练中产生的蛋白质产生的基因与未培训的苍蝇产生的基因，并且发现记忆训练苍蝇中的一些活性基因与用于检测的感觉器官中使用的那些活性基因相同光，气味和味道。
随访后，研究人员繁殖突变蝇缺乏用于一些光感测蛋白的基因，因此看不到。如前所述的相同的记忆实验，研究人员证实了苍蝇缺乏光敏蛋白质都无法看到并且无法形成长期记忆。
发现古典“光敏”蛋白的基因表达，例如罗霉蛋白，以及其他感觉相关的蛋白质，用于异味和味道检测，是出乎意料的，因为这些蛋白质未被众所周知用于蘑菇体，Murthy说。虽然在包括人类在内的其他生物中的研究已经检测到与感官器官本身无关的大脑区域的感觉基因，但这可能是第一次将这些联系起来的研究基因记忆形成。
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