在体内研究转录因子体验驱动活性的新方法

大脑具有很强的适应性。神经元连接是不断变化的，这是由人们在日常生活中的经历所塑造的。新的记忆、学到的信息和新的技能会激发这个动态的过程，导致神经元回路发生持久的变化。俗话说，经验是最好的老师，对大脑来说更是如此。

除了学习和记忆之外，感觉体验如听音乐或欣赏令人惊叹的视图也对大脑产生了类似的影响。传入的感觉信息激活皮质中的神经元，这取决于所经历的电路对电路的长期修改。这一过程称为“经验依赖可塑性”，是由于独特的个人生活经历，大脑发展不同的原因。

但是，大脑是如何将相对短暂的神经元活动转化为受感官体验驱动的长期变化的呢?关键在于被称为活性依赖的特殊蛋白质转录的因素。根据神经元的活动，这些因子激活细胞内的基因，将快速传入的信号转译为较慢的、持久的变化。尽管活性依赖的转录对发育和长期可塑性具有明显的重要性，但以前不可能直接监测转录因子的活性。这主要是由于缺乏可用的工具来研究神经活动和转录因子激活之间的相互作用，发生在一个完整的，活的大脑。

在最近发表的一项研究中神经元Max Planck佛罗里达州神经科学研究所（MPFI）的Yasuda实验室的科学家设计并开发了新的生物传感器，允许同时研究感觉诱发的神经元活动和转录因子动态。耦合双光子钙成像与双光子荧光寿命成像（2pflim）的专用技术，科学家现在有能力研究与单细胞分辨率的活脑中的转录因子如何函数。

“大脑中的转录因子活动不是静止的，它是一个非常动态的过程这可能发生在感官体验几小时到几天之后，”安田实验室的研究员、论文的主要作者塔尔·拉维夫博士解释说。“研究这些蛋白质的传统方法包括在某一时刻冷冻脑组织。所以，虽然这些方法可以告诉你某个因子是否被激活，但它们并不擅长捕捉经验是如何随着时间的推移塑造转录因子活性的。我们想要开发一种新方法来研究这个过程是如何在活的大脑中实际发生的，我们选择研究CREB是因为它在可塑性、学习和记忆方面有很强的参与。”

MPFI科学家通过创建敏感和特定的2PFLIM生物传感器，旨在报告营地反应元素结合蛋白（CREB）的直接活动。使用adeno相关的病毒策略（aavs）包装他们的新引起的传感器，然后该团队在躯体感应皮层内的神经元群中表达了它们老鼠。已知环境的变化会激活这一大脑区域，作为回应，其中的神经元会调节许多信号分子，包括CREB。但我们对环境改变后CREB激活的时间动力学知之甚少。使用2pFLIM CREB传感器，该团队长期监测同一种群神经元中的CREB活动，而小鼠经历丰富的环境。富集环境使CREB总活性显著增加。有趣的是，当小鼠离开富集环境一段时间后，CREB活性恢复正常水平，表明感官体验是持续活动的驱动因素。

接下来，MPFI科学家试图阐明感官体验和神经元激活如何塑造活大脑中的CREB活动。为此，该团队表达了CREB传感器和传感器神经活动(钙传感器)在小鼠的视觉皮层。先前的研究表明，当老鼠暂时失去视觉刺激，并被放置在黑暗的房子里时，视觉皮层的神经元可塑性提高了。在这项新的研究中，研究人员在黑暗饲养的小鼠接受视觉刺激时，对视觉皮层神经元进行成像。在延长的时间内，同时对单个细胞的钙和CREB动态进行成像。结果揭示了视觉皮层中CREB活动的动态调控:与正常光照/黑暗条件下的小鼠相比，深色饲养的小鼠显示出视觉诱发的CREB水平显著增加。此外，在黑暗饲养的小鼠中，CREB活性水平维持了至少一天。有趣的是，这种CREB活性的升高并不是因为单个神经元内钙水平的升高，这表明感官体验可以很好地调节活大脑中依赖活性转录的敏感性。

这种独特的方法在未来可以广泛应用于许多不同类型的转录因子，并将提供一个前所未有的机会来揭示潜在的经验依赖的可塑性大脑。

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