在我们的脑中,投射神经元的长距离信息传输对于感知、运动等功能至关重要,因此标记或操作投射神经元是必不可少的研究手段。目前,拥有顺向标记神经元能力的工具比较常见,然而拥有逆向标记能力的工具比较缺乏,且都存在自身局限性。
令人兴奋的是,和元上海依据Neuron杂志近期刊登的重量级文章[1],成功构建了一种高效率、逆向感染、非跨突触的AAV病毒载体--rAAV2-retro,并在国内首次通过高难度实验(注射脑底BPN脑区,“一针到底”,逆向标记大脑皮层神经元及传递通路)验证了该病毒的功能,为广大科研工作者提供研究利器。
我们为什么需要rAAV2-retro?
目前,拥有逆向标记能力的产品主要分两大类,其一是荧光染料,如Fluoro-Gold,RetroBeads(Lumafluor corp.);另一类是具有逆向感染能力的病毒。荧光染料虽标记能力强,但只能标记环路,无法像病毒一样结合其他工具(如光遗传)研究环路功能。至于病毒,目前应用的逆向病毒主要有狂犬病毒(RV)、伪狂犬病毒(PRV),但这些病毒神经毒性强,难以应用于研究和临床。因此,我们亟需一种无毒、易操作的高效逆向感染病毒载体,在此背景下,rAAV2-retro应运而生。
rAAV2-retro如何做到逆向感染?效果如何?
和元上海根据2016年10月份Neuron刊登的文章“A Designer AAV Variant Permits Efficient RetrogradeAccess to Projection Neurons”中披露的方法,成功构建了rAAV2-retro。众所周知,普通腺相关病毒(AAV)不具有逆向感染能力,但经过我们对rAAV2-retro衣壳蛋白进行的改造,该病毒能够被轴突末端吸收,并在上级神经元中传递和表达,说明其具有了逆向感染能力,且这种能力是非跨突触的。
为验证效果,Neuron文章作者的重要实验使用rAAV2-retro病毒注射在BPN(基底脑桥核),结果发现BPN上游的脑区(皮质脑桥束和皮层)大量表达了所携带的荧光蛋白(图1,红色)。
图1 BPN注射rAAV2-retro标记皮层-BPN通路
因此,和元上海决定采取与原文同样的、高难度实验,来验证rAAV2-retro的逆向感染效果,该实验总结起来便是“一针到底”。我们在脑底BPN脑区注射病毒,经过两至三周的表达后检测皮层和皮质脑桥束的表达情况(图2)。在实测结果中,我们能够清晰地看到和元上海构建的rAAV2-retro-SYN-EGFP病毒成功逆向感染了BPN-皮层通路(图2绿色荧光)。除此之外,更多的验证实验结果即将出炉,和元上海将第一时间与大家分享。
图2 BPN注射和元上海构建rAAV2-retro能够高效地逆向标记皮层-BPN通路
除被证明拥有逆向感染能力,rAAV2-retro的逆向效率还非常高(见图3),远高于其他病毒,甚至高于荧光金染料,充分说明该工具的强大。
图3 rAAV2-retro的高效逆向感染能力
rAAV2-retro是一个全能选手
除了能逆向标记广泛的神经通路,如皮层/丘脑/杏仁核至纹状体的投射通路,丘脑/海马/内嗅皮层至前额叶的投射通路等,rAAV2-retro还展现了优秀的携带基因工具的能力。原文作者成功验证了rAAV2-retro与Cre-LoxP系统、钙离子成像技术和CRISPR/Cas9基因编辑技术的结合(图4-5)。
图4 rAAV2-retro应用于钙离子成像技术
图5 rAAV2-retro应用于CRISPR/Cas9基因编辑技术
rAAV2-retro的未来应用
rAAV2-retro为广大的普通实验室提供了安全的、高效的逆向感染病毒,通过多种顺行/逆行、跨突触/非跨突触病毒的配合使用,研究者将能够多维度解析复杂的神经网络连接。同时,由于rAAV2-retro具备携带基因工具(如光遗传工具、钙敏感染料、基因编辑工具、RNA干扰工具等)的能力,其将在神经环路功能的研究中大放异彩。
此外,在基因治疗中,rAAV2-retro也将占据一席之地。在中枢神经系统疾病中,大量注射药物可能会误伤那些正常脑区的神经元,而rAAV2-retro携带治疗作用的药物蛋白或基因定点注射到疾病关键脑区,实现药物的特异性逆向递送,即达到“少量用药,广泛作用,治疗疾病”的美好愿景。
总之,rAAV2-retro是一种拥有高效逆向感染能力,且能够与多种前沿技术结合的新型腺相关病毒载体。
面对如此强大的工具,睿智的您还在等什么?赶紧联系和元上海订购吧!
参考文献:
[1] Tervo DG, Hwang BY, Viswanathan S, Gaj T,Lavzin M, Ritola KD, et al. A Designer AAV Variant Permits Efficient RetrogradeAccess to Projection Neurons. Neuron. 2016;92(2):372-82.
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