神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 序 言 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 2014 年 以 服 务 国 家 需 求 培 养 优 秀 人 才 为 目 标, 继 续 凝 练 科 学 问 题, 加 强 人 才 队 伍 和 技 术 平 台 建 设, 增 强 实 验 室 内 部 和 对

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1 State Key Laboratory of Neuroscience 目 录 序 言...2 实 验 室 组 织 结 构...3 人 才 培 养...4 获 奖 情 况...5 承 担 研 究 项 目...6 开 放 交 流...9 研 究 平 台 和 公 共 实 验 室 工 作 进 展...16 固 定 研 究 组 研 究 进 展 新 引 进 研 究 组 介 绍...47 实 验 室 大 事 记...57 实 验 室 文 章 列 表...60 实 验 室 开 放 课 题 指 南...62 代 表 性 论 文 年 度 报 告 1

2 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 序 言 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 2014 年 以 服 务 国 家 需 求 培 养 优 秀 人 才 为 目 标, 继 续 凝 练 科 学 问 题, 加 强 人 才 队 伍 和 技 术 平 台 建 设, 增 强 实 验 室 内 部 和 对 外 交 流, 继 续 对 神 经 科 学 基 础 理 论 和 疾 病 机 理 进 行 前 瞻 性 研 究, 努 力 做 出 开 创 性 和 系 统 性 的 研 究 成 果, 促 进 我 国 神 经 科 学 研 究 的 发 展 实 验 室 2014 年 新 引 进 5 个 课 题 组, 现 有 课 题 组 19 个, 研 究 员 19 人, 研 究 员 级 高 级 工 程 师 1 人, 其 中 中 国 科 学 院 院 士 1 人, 美 国 科 学 院 院 士 ( 和 中 国 科 学 院 外 籍 院 士 )1 人 实 验 室 现 有 国 家 杰 出 青 年 基 金 获 得 者 9 人, 优 秀 青 年 基 金 获 得 者 1 人, 中 科 院 百 人 计 划 引 进 人 才 12 人, 青 年 千 人 计 划 4 人 实 验 室 现 有 科 研 技 术 人 员 128 人, 硕 士 研 究 生 24 人, 博 士 研 究 生 105 人, 博 士 后 20 人 2014 年 度 实 验 室 培 养 硕 士 研 究 生 2 人, 博 士 研 究 生 19 人, 博 士 后 2 人 实 验 室 2014 年 度 作 为 第 一 单 位 和 通 讯 作 者 共 发 表 SCI 研 究 论 文 24 篇, 其 中 Nature Neuroscience 2 篇, Developmental Cell 1 篇,PNAS 4 篇,Cell Report 1 篇,The Journal of Neuroscience 3 篇, 篇 均 影 响 因 子 7.59, 在 分 子 细 胞 水 平 和 整 体 水 平 上 都 取 得 重 要 研 究 进 展, 发 现 : 在 发 育 早 期 感 觉 经 验 依 赖 的 一 种 感 觉 皮 层 跨 模 态 可 塑 性, 并 揭 示 了 催 产 素 这 种 由 下 丘 脑 分 泌 的 神 经 肽 是 介 导 该 跨 模 态 可 塑 性 的 关 键 分 子 ; 细 胞 凋 亡 蛋 白 酶 Caspase-3 在 NMJ 的 突 触 后 乙 酰 胆 碱 受 体 (AChR) 的 聚 集 体 (cluster) 消 散 过 程 中 发 挥 重 要 作 用 ; 轴 突 发 育 过 程 中 Rab10 质 膜 前 体 囊 泡 的 选 择 性 运 输 机 制 ; 果 蝇 脑 内 嗅 觉 信 息 加 工 的 一 种 神 经 环 路 机 制 ; 小 鼠 前 脑 边 缘 系 统 各 脑 区 对 于 喜 好 或 者 厌 恶 的 情 绪 反 应 的 编 码 模 式 实 验 室 2014 年 利 用 仪 器 经 费 继 续 加 强 平 台 建 设, 为 光 学 成 像 平 台 和 公 共 仪 器 平 台 等 购 置 了 6 台 仪 器, 提 升 了 平 台 的 支 撑 力 量 公 用 仪 器 平 台 新 购 置 进 入 式 双 开 门 高 压 消 毒 锅 在 实 验 室 迁 入 到 新 实 验 楼 后 提 升 了 平 台 的 支 撑 能 力, 为 实 验 室 的 基 本 操 作 提 供 了 消 毒 保 障 ; 光 学 成 像 平 台 购 置 的 荧 光 寿 命 和 荧 光 相 关 光 谱 显 微 镜 由 倒 置 共 聚 焦 显 微 镜 和 PicoQuant FLIM & FCS Upgrade Kit 组 成 此 设 备 可 在 细 胞 和 亚 细 胞 水 平 研 究 蛋 白 分 子 的 运 动 表 达 分 子 间 ( 内 ) 的 相 互 作 用, 还 可 以 测 量 细 胞 内 离 子 浓 度 和 ph 的 变 化 探 头 式 在 体 荧 光 显 微 镜 由 正 置 共 聚 焦 显 微 镜 和 高 数 值 孔 径 内 窥 成 像 物 镜 组 成 内 窥 成 像 物 镜 可 以 深 入 大 脑 3~20 毫 米, 正 置 共 聚 焦 显 微 镜 则 可 以 通 过 内 窥 成 像 物 镜 对 大 脑 的 深 部 结 构 进 行 成 像 实 验 室 2014 年 度 继 续 加 强 对 外 交 流, 接 待 了 58 位 国 内 外 学 者 访 问, 同 时 实 验 室 成 员 在 国 内 外 学 术 会 议 做 报 告 41 人 次 实 验 室 2014 年 围 绕 主 要 研 究 方 向 与 新 华 医 院 仁 济 医 院 哈 尔 滨 医 科 大 学 南 方 医 科 大 学 和 河 北 师 范 大 学 开 放 合 作, 设 立 开 放 课 题 7 项, 开 放 经 费 90 万 元, 取 得 了 良 好 的 进 展 实 验 室 分 别 以 2013 年 工 作 总 结 及 2014 年 工 作 开 展 邀 请 生 物 医 学 动 物 模 型 国 家 地 方 联 合 工 程 研 究 中 心 季 维 智 研 究 员 做 学 术 报 告 斑 马 鱼 相 关 研 究 组 学 术 报 告 研 究 组 研 究 进 展 报 告 和 与 香 港 分 子 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 联 合 研 讨 为 主 题 的 学 术 沙 龙 活 动, 加 强 了 实 验 室 内 部 课 题 组 之 间 的 交 流 实 验 室 继 续 扩 大 对 社 会 开 放 力 度, 举 办 了 5 次 针 对 于 大 中 小 学 生 及 医 务 工 作 者 的 社 会 开 放 活 动, 既 将 实 验 室 对 外 开 放, 同 时 也 组 织 实 验 室 人 员 到 偏 远 山 区 进 行 神 经 科 学 宣 传 2015 年 即 将 开 始, 实 验 室 将 继 续 以 促 进 我 国 神 经 科 学 发 展 为 己 任, 百 尺 竿 头, 更 进 一 步, 争 取 在 现 有 工 作 基 础 上 争 取 更 好 的 成 绩 年 度 报 告

3 State Key Laboratory of Neuroscience 实 验 室 组 织 结 构 1 实 验 室 领 导 实 验 室 主 任 : 王 以 政 实 验 室 副 主 任 : 周 嘉 伟 杜 久 林 研 究 员 研 究 员 研 究 员 2 学 术 委 员 会 学 术 委 员 会 主 任 : 蒲 慕 明 中 科 院 神 经 科 学 研 究 所 学 术 委 员 会 委 员 :( 按 姓 氏 拼 音 排 序 ) 陈 军 第 四 军 医 大 学 陈 霖 中 科 院 生 物 物 理 研 究 所 陈 国 强 海 交 通 大 学 段 树 民 浙 江 大 学 郭 爱 克 中 科 院 神 经 科 学 研 究 所 林 其 谁 中 科 院 生 物 化 学 与 细 胞 生 物 学 研 究 所 孟 安 明 中 科 院 动 物 研 究 所 强 伯 勤 中 国 医 学 科 学 院 宿 兵 中 科 院 昆 明 动 物 研 究 所 王 以 政 中 科 院 神 经 科 学 研 究 所 郑 平 复 旦 大 学 朱 作 言 中 科 院 水 生 生 物 研 究 所 3 实 验 室 研 究 员 ( 按 姓 氏 拼 音 排 序 ) 蔡 时 青 离 子 通 道 调 控 研 究 组 程 乐 平 神 经 发 育 及 其 调 控 机 理 研 究 组 杜 久 林 感 觉 整 合 与 行 为 研 究 组 郭 爱 克 学 习 与 记 忆 研 究 组 何 杰 干 细 胞 和 神 经 发 生 研 究 组 胡 海 岚 神 经 环 路 与 行 为 可 塑 性 研 究 组 罗 振 革 突 触 信 号 研 究 组 蒲 慕 明 神 经 可 塑 性 研 究 组 孙 衍 刚 神 经 环 路 与 感 觉 信 息 处 理 研 究 组 王 伟 视 知 觉 机 制 研 究 组 王 以 政 神 经 信 号 转 导 研 究 组 王 佐 仁 神 经 环 路 与 动 物 行 为 研 究 组 熊 志 奇 疾 病 神 经 生 物 学 研 究 组 徐 宁 龙 感 知 的 神 经 基 础 研 究 组 许 晓 鸿 本 能 行 为 研 究 组 姚 海 珊 视 觉 神 经 生 理 学 研 究 组 于 翔 树 突 发 育 与 神 经 环 路 形 成 研 究 组 张 旭 感 觉 系 统 研 究 组 周 嘉 伟 基 底 神 经 节 的 发 育 与 退 行 性 疾 病 研 究 组 2014 年 度 报 告 3

4 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 人 才 培 养 1 博 士 后 2014 年 进 展 博 士 后 7 人, 出 站 博 士 后 2 人, 现 在 站 博 士 后 20 人 在 站 ( 名 单 ): 陈 琰 崔 一 卉 董 飞 LEE AIH CHEUN 李 佳 李 舒 婧 李 婷 婷 梁 培 州 刘 媛 媛 陆 一 樑 NAIMA CHALOUR 沈 琦 王 志 杰 吴 定 诚 小 松 勇 介 杨 青 杨 扬 张 亮 杨 丽 琴 浦 剑 出 站 ( 名 单 ): 徐 晓 辉 叶 铭 宇 2 博 士 生 2014 年 招 收 博 士 研 究 生 25 人, 获 得 博 士 学 位 19 人, 现 在 读 博 士 研 究 生 105 人 获 得 博 士 学 位 ( 名 单 ): 陈 成 陈 任 超 邓 彩 云 冯 杰 伏 秀 青 巩 加 鑫 顾 珊 烨 李 坤 刘 鹤 刘 克 飞 刘 媛 媛 佘 亮 王 晋 元 王 军 锋 闫 行 健 杨 柳 俞 伟 平 郑 菁 婧 周 涛 3 硕 士 生 2014 年 获 得 硕 士 学 位 2 人, 现 在 读 硕 士 研 究 生 24 人 获 得 硕 士 学 位 ( 名 单 ): 张 竹 丹 周 子 量 年 度 报 告

5 State Key Laboratory of Neuroscience 获 奖 情 况 1 导 师 获 奖 上 海 市 领 军 人 才 上 海 市 优 秀 学 术 带 头 人 第 十 一 届 中 国 青 年 女 科 学 家 奖 第 七 届 上 海 青 年 科 技 英 才 中 国 科 学 院 上 海 分 院 第 四 届 杰 出 青 年 科 技 创 新 人 才 提 名 奖 青 年 千 人 计 划 中 国 科 学 院 百 人 计 划 中 国 科 学 院 优 秀 导 师 奖 中 国 科 学 院 优 秀 博 士 论 文 奖 导 师 奖 周 嘉 伟 杜 久 林 于 翔 于 翔 于 翔 何 杰 徐 宁 龙 孙 衍 刚 杨 天 明 Michael Dorris 胡 海 岚 胡 海 岚 周 嘉 伟 2 研 究 生 获 奖 中 国 科 学 院 院 长 特 别 奖 中 国 科 学 院 院 长 优 秀 奖 中 国 科 学 院 优 秀 博 士 学 位 论 文 中 国 科 学 院 地 奥 二 等 奖 朱 李 月 华 优 秀 博 士 生 优 秀 奖 吴 瑞 奖 学 金 恒 源 祥 英 才 奖 一 等 奖 保 罗 生 物 科 技 优 秀 学 生 奖 李 坤 王 晋 元 郑 菁 婧 邵 炜 汪 菲 巩 加 鑫 冯 杰 李 坤 郑 菁 婧 周 涛 邓 彩 云 尹 江 安 2014 年 度 报 告 5

6 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 承 担 研 究 项 目 实 验 室 2014 年 承 担 各 级 科 研 项 目 36 项, 其 中 科 技 部 973 计 划 项 目 3 项, 国 家 自 然 科 学 基 金 委 项 目 15 项, 中 国 科 学 院 项 目 8 项, 上 海 市 项 目 1 项, 其 他 项 目 9 项, 项 目 2014 年 合 计 到 位 研 究 经 费 万 元 序 号 课 题 名 称 编 号 来 源 项 目 类 别 课 题 负 责 人 执 行 期 2014 到 款 ( 万 元 ) 1 人 类 智 力 的 神 经 基 础 2011CBA00400 科 技 部 973 重 要 科 学 问 题 导 向 项 目 蒲 慕 明 黑 质 多 巴 胺 能 神 经 元 选 择 性 变 性 的 特 征 及 机 制 研 究 2011CB 科 技 部 973 课 题 负 责 周 嘉 伟 神 经 元 轴 突 生 长 与 递 质 分 泌 重 要 复 合 体 的 结 构 与 功 能 2014CB 科 技 部 重 大 科 学 研 究 计 划 罗 振 革 大 脑 皮 层 和 单 胺 类 神 经 元 发 育 的 分 子 调 控 网 络 国 家 自 然 科 学 基 金 创 新 研 究 群 体 罗 振 革 脑 卒 中 后 经 典 型 瞬 时 受 体 电 势 通 道 (TRPC) 降 解 通 路 研 究 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 王 以 政 痛 觉 的 新 调 制 机 理 研 究 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 张 旭 神 经 元 轴 突 发 育 的 膜 转 运 机 制 研 究 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 罗 振 革 多 巴 胺 系 统 在 中 枢 神 经 系 统 疾 病 发 病 机 理 作 用 的 研 究 国 家 自 然 科 学 基 金 优 秀 国 家 重 点 实 验 室 专 项 基 金 项 目 周 嘉 伟 多 维 多 尺 度 高 分 辨 率 计 算 摄 像 仪 器 国 家 自 然 科 学 基 金 仪 器 专 项 罗 振 革 雷 特 综 合 症 认 知 功 能 障 碍 的 分 子 和 神 经 环 路 基 础 国 家 自 然 科 学 基 金 重 大 研 究 计 划 熊 志 奇 细 胞 神 经 生 物 学 国 家 自 然 科 学 基 金 杰 出 青 年 基 金 于 翔 系 统 神 经 生 物 学 国 家 自 然 科 学 基 金 杰 出 青 年 基 金 胡 海 岚 痒 觉 的 神 经 环 路 基 础 国 家 自 然 科 学 基 金 优 秀 青 年 基 金 孙 衍 刚 ADAM10 在 皮 层 神 经 元 放 射 状 迁 移 中 的 作 用 与 机 制 国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 程 学 文 年 度 报 告

7 State Key Laboratory of Neuroscience 序 号 课 题 名 称 编 号 来 源 项 目 类 别 课 题 负 责 人 执 行 期 2014 到 款 ( 万 元 ) 15 转 录 因 子 决 定 囊 泡 谷 氨 酸 转 运 体 2(VGLUT2) 表 达 的 机 理 研 究 国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 程 乐 平 多 巴 胺 系 统 参 与 痒 觉 调 节 的 机 制 国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 孙 衍 刚 Rab5 在 皮 层 II/III 层 投 射 神 经 元 轴 突 成 束 化 中 的 作 用 及 其 机 制 国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 武 孔 彦 TET 双 加 氧 酶 家 族 对 颞 叶 癫 痫 发 生 的 表 观 遗 传 学 调 控 作 用 及 其 机 制 研 究 国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 谭 国 鹤 脑 功 能 联 结 图 谱 计 划 XDB 中 国 科 学 院 先 导 专 项 B 类, 课 题 郭 爱 克 脑 功 能 联 结 图 谱 计 划 XDB 中 国 科 学 院 先 导 专 项 B 类, 课 题 蒲 慕 明 脑 功 能 联 结 图 谱 计 划 XDB 中 国 科 学 院 先 导 专 项 B 类, 项 目 张 旭 脑 功 能 联 结 图 谱 计 划 XDB 中 国 科 学 院 先 导 专 项 B 类, 课 题 杜 久 林 脑 功 能 联 结 图 谱 计 划 XDB 中 国 科 学 院 先 导 专 项 B 类, 课 题 胡 海 岚 脑 功 能 联 结 图 谱 计 划 XDB 中 国 科 学 院 先 导 专 项 B 类, 课 题 王 佐 仁 战 略 生 物 资 源 科 技 支 撑 体 系 运 行 专 项 ( 野 生 ) 动 物 实 验 平 台 CZBZX-1 中 国 科 学 院 战 略 生 物 资 源 科 技 支 撑 体 系 运 行 专 项 王 佐 仁 中 科 院 百 人 计 划 无 中 国 科 学 院 中 科 院 百 人 计 划 孙 衍 刚 雷 特 综 合 症 (Rett Syndrome) 的 分 子 和 细 胞 机 制 12XD 上 海 市 优 秀 学 科 带 头 人 熊 志 奇 视 网 膜 细 胞 谱 系 形 成 的 功 能 性 神 经 通 路 的 发 育 基 础 2014T70436 中 国 博 士 后 基 金 会 中 国 博 士 后 基 金 李 爱 群 胶 质 细 胞 的 D2 受 体 在 多 发 性 硬 化 症 发 病 过 程 中 的 作 用 2014M 中 国 博 士 后 基 金 会 中 国 博 士 后 基 金 梁 培 州 JMY 在 皮 层 神 经 元 迁 移 中 的 调 控 作 用 研 究 2014M 中 国 博 士 后 基 金 会 中 国 博 士 后 基 金 刘 媛 媛 年 度 报 告 7

8 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 序 号 课 题 名 称 编 号 来 源 项 目 类 别 课 题 负 责 人 执 行 期 2014 到 款 ( 万 元 ) 31 人 工 视 觉 假 体 诱 发 视 皮 层 轮 廓 方 位 感 知 的 神 经 机 制 研 究 2014M 中 国 博 士 后 基 金 会 中 国 博 士 后 基 金 陆 一 梁 Rab5 在 皮 层 II/III 层 神 经 元 生 长 锥 导 向 和 轴 突 成 束 化 中 的 作 用 及 机 制 2013KIP206 上 海 生 科 院 优 秀 青 年 人 才 领 域 前 沿 项 目 武 孔 彦 绒 猴 声 音 交 流 能 力 的 发 育 关 键 期 及 其 神 经 机 制 研 究 2013KIP104 上 海 生 科 院 优 秀 青 年 人 才 领 域 前 沿 项 目 龚 能 Sonic hedgehog 对 神 经 元 兴 奋 性 的 调 节 机 制 研 究 2013KIP205 上 海 生 科 院 优 秀 青 年 人 才 领 域 前 沿 项 目 贾 彩 霞 催 产 素 介 导 早 期 经 验 依 赖 的 感 觉 皮 层 跨 模 态 可 塑 性 的 机 制 2013KIP306 上 海 生 科 院 博 士 后 项 目 李 舒 婧 哺 乳 动 物 跨 模 态 注 意 的 神 经 机 制 2012KIP301 上 海 生 科 院 博 士 后 项 目 吴 定 诚 合 计 年 度 报 告

9 State Key Laboratory of Neuroscience 开放交流 一 开放课题 课题负责人 申请人单位 课题题目 1 徐 进 神经科学研究所 神经退行性疾病进程的分子指标 2 李澄宇 神经科学研究所 诱发式运动障碍相关基因 PRRT2 在运动编码中的神经元 相关性研究 3 潘玉君 哈尔滨医科大学 骨髓基质细胞联合奥拉西坦治疗脑梗死的机制研究 4 侯圣陶 南方科技大学 5 王英伟 上海交通大学附属新华医院 氯胺酮 / 七氟烷麻醉对新生小鼠触觉皮层发育的影响 6 徐纪文 上海交通大学附属仁济医院 VNS 对难治性癫痫脑组织中药物靶点及药物转运系统的 调节作用 7 常彦忠 河北师范大学 星形胶质细胞来源的 hepcidin 是 LPS 致神经元凋亡的关 键因素 大脑内红花菜豆酸的生理功能以及脑卒中损伤后的病理 作用的研究 二 主办或协办学术会议 1 神经科学国家重点实验室 分子神经科学国家重点实验室 2014 联合研讨会 时间 2014 年 10 月 8 日 - 9 日 地点 上海 2014 年度报告 9

10 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 三 参 加 国 际 国 内 学 术 会 议 实 验 室 2014 年 参 加 国 内 外 学 术 会 议 并 做 报 告 41 人 次, 其 中 国 际 学 术 会 议 报 告 11 人 次, 国 内 30 人 次 姓 名 地 点 时 间 会 议 名 称 报 告 题 目 杜 久 林 何 杰 日 本 The 66th Annual Meeting of Japan Society for Cell Biology 法 国 FEBS-EMBO Conference 中 国 台 湾 第 十 届 海 峡 两 岸 细 胞 生 物 学 会 议 中 国 苏 州 中 国 苏 州 CSH Asia Conference Neural Circuit Basis for Behavior and its Disorders CSH Asia Conference Neurobiology: Diverse Species and Conserved Principles 中 国 武 汉 第 二 届 中 国 斑 马 鱼 PI 大 会 中 国 深 圳 中 德 学 术 研 讨 会 The role of glia in physiology and pathology 中 国 深 圳 年 神 经 环 路 调 控 与 行 为 研 讨 会 中 国 上 海 第 24 届 中 国 生 理 学 大 会 中 国 长 沙 中 国 厦 门 国 家 自 然 科 学 基 金 委 重 大 研 究 计 划 情 感 和 记 忆 的 神 经 环 路 基 础 2014 年 度 总 结 会 The 5th Xiamen Winter Symposium: zebrafish model for translational and regenerative medicine research 中 国 南 昌 年 神 经 细 胞 研 讨 会 中 国 武 汉 年 全 国 斑 马 鱼 PI 大 会 中 国 海 口 第 七 届 再 生 医 学 与 干 细 胞 大 会 Neuronal NMDA receptors regulate brain vascular development via VEGF signaling Dopaminergic gating of visuomotor transformation via inhibition. Dopaminergic gating of visuomotor transformation Dopaminergic gating of visuomotor transformation and behavior selection Behavioral relevance-dependent dopaminergic gating of visuomotor transformation. Dopaminergic gating of visuomotor transformation and behavior selection. Circadian regulation of synaptogenesis via the hypocretin system Dopaminergic control of visuomotor transformation and behavior selection. Dopaminergic gating of visuomotor transformation via inhibition. The 24th Congress of Chinese Physiology Society. Shanghai Dopaminergic gating of visuomotor transformation and behavior selection. Brain Vascular Development: Growth and Pruning. The proliferation of stem cells and intermediate progenitor cells in the ciliary marginal zone of zebrafish retina Coupling of retinal cell fate determination and cell division modes revealed by in-vivo lineage tracing How variable clones build invariable retina 年 度 报 告

11 State Key Laboratory of Neuroscience 姓 名 地 点 时 间 会 议 名 称 报 告 题 目 郭 爱 克 美 国 Learning and Memory: A Synthesis of Bees and Flies 胡 海 岚 日 本 年 日 本 神 经 科 学 年 会 The GABA-DA MB network provides a gain-gating mechanism for reversal learning and decision making in Drosophila Neural Mechanism of Dominance Hierarchy 日 本 Joint Symposium of the Japan Neuroscience Society and the Chinese Society for Neuroscience: Neuronal signaling for development and plasticity, The 37th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society Nonapoptotic role of caspase-3 in synapse refinement 罗 振 革 中 国 台 湾 The Tenth Across the Taiwan Strait Symposium on Cell Biology Semaphorin3A Activation of Rab5 Induces Growth Cone Collapse and Controls Callosal Axon Fasciculation 中 国 苏 州 Symposium for Chinese Neuroscienscientists Worldwide Nonapoptotic role of caspase-3 in synapse refinement 中 国 苏 州 Cold Spring Harbor Asia meeting on Dynamics of Cellular Behavior During Development and Disease Membrane trafficking mechanisms underlying axon development 德 国 Symposium on Circuits in Neuroscience, Max Planck Institute for Brain Research Neural circuit modulation by neurotrophins 中 国 香 港 Gordon Conference on Cellular and Molecular Neuroscience Neurotrophins and synaptic plasticity 蒲 慕 明 中 国 台 北 Li DKi De Foundation Lecture Plasticity-based therapies of brain disorders 中 国 北 京 中 国 北 京 王 以 政 土 耳 其 王 佐 仁 中 国 苏 州 International Symposium on Parkinson Disease International Conference on Translational Neuroscience 5th International Congress on Cell membrane and Oxidative stress Neural Circuit Basis of Behavior and its Disorders Activity-dependent Neural Plasticity from Bench to Beside Plasticity-based therapies of brain disorders TRPC6 and ischemic brain damage in rats Relay of Neuronal Activities in Lateral OFC may Underly Impulsivie Behavior of Rats 2014 年 度 报 告 11

12 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 姓 名 地 点 时 间 会 议 名 称 报 告 题 目 熊 志 奇 于 翔 张 旭 周 嘉 伟 美 国 SFN meeting 意 大 利 The 2nd international CDKL5 symposium 中 国 苏 州 Cold Spring Harbor 中 国 苏 州 Cold Spring Harbor 中 国 香 港 中 国 苏 州 Gordon Research Conference: Molecular and Cellular Neurobiology 第 八 届 海 内 外 华 人 神 经 科 学 家 研 讨 会 (SCNW2014) 澳 大 利 亚 年 国 际 生 物 物 理 大 会 中 国 苏 州 中 国 台 湾 第 八 届 海 内 外 华 人 神 经 科 学 家 研 讨 会 (SCNW2014) 第 十 届 海 峡 两 岸 细 胞 生 物 学 学 术 研 讨 会 中 国 台 湾 第 二 届 海 峡 两 岸 生 命 科 学 论 坛 日 本 日 本 第 55 届 神 经 病 学 年 会 中 国 香 港 中 国 北 京 年 香 港 生 理 学 研 讨 会, 暨 香 港 神 经 科 学 学 会 和 香 港 生 物 生 理 学 会 的 联 合 科 学 会 议 国 际 脑 重 大 疾 病 高 峰 论 坛 中 国 深 圳 中 德 胶 质 细 胞 功 能 研 讨 会 Palmitoylation-dependent CDKL5- PSD95 interaction regulates synaptic targeting of CDKL5 and dendritic spine development Synaptic function of CDKL5 Prrt2-deficiency Impairs Presynaptic Plasticity and Voluntary Movements Reelin regulates intramembrane proteolysis signaling to control radial migration of cortical neuron. A molecular mechanism for activity-dependent, competition-based spine pruning Oxytocin Mediates Early Experiencedependent Crossmodal Plasticity of Excitatory Synaptic Transmission in the Sensory Cortices Role of Na+, K+-ATPas in regulation of nociceptive afferent transmission Nociceptive afferent transmission is regulated by Na+, K+-ATPase function FGF13 通 过 稳 定 微 管 调 节 皮 层 神 经 元 的 迁 移 和 极 性 Functional regulation of Na+, K+- ATPase in sensory transmission Controlling Neuroinflammation by Astrocytic Dopamine D2 Receptor. Controlling Neuroinflammation by Astrocytic Dopamine D2 Receptor. Progress in basic research of Parkinson s disease Controlling Neuroinflammation by Astrocytic Dopamine D2 Receptor 年 度 报 告

13 State Key Laboratory of Neuroscience 实 验 室 接 待 国 内 外 专 家 做 学 术 报 告 32 人 次 日 期 报 告 人 单 位 报 告 题 目 邀 请 人 Hai Huang, Ph.D. Vollum Institute & Oregon Hearing Research Center, Oregon Health & Science University U.S.A. Ion Channels and Presynaptic Function at an Auditory Synapse 蒲 慕 明 Hung-Chun Chang, Ph.D. Institute of Health Sciences, SIBS, CAS Dissecting Sirtuins as circadian rhythm modulators 蒲 慕 明 Zengcai Guo, Ph.D. HHMI Janelia Farm Research Campus, U.S.A. From sensation to action: deconstruct the neural circuit underlying a tactile decision in mice 蒲 慕 明 Wei-Zhi Ji, Ph.D. Kunming Institute of Zoology, CAS Mediate Gene Targeting in Monkeys with CRISPR/Cas9 and TALEN 周 嘉 伟 Hao Wu, Ph.D. HHMI, Johns Hopkins University School of Medicine, U.S.A. Seeing is Believing: Molecular Genetic Studies of Neuronal Structure 蒲 慕 明 Michael D. Ehlers, Ph.D. Neuroscience, Pfizer, Inc. Ubiquitination, Membrane Trafficking, and Synaptic Plasticity 熊 志 奇 Douglas Portman, Ph.D. University of Rochester, U.S.A. How worms set their priorities: Sexual modulation of shared circuitry in C. elegans 王 佐 仁 Greg S. B. Suh, Ph.D. Skirball institute of Biomedical Medicine, Molecular Neurobiology Program (MNP), NYU School of Medicine, U.S.A. Interoceptive Nutrient Sensing by the Brain 王 佐 仁 Anatol Kreitzer, Ph.D. University of California, San Francisco U.S.A. Function and Dysfunction of Basal Ganglia Circuitry 于 翔 Steve Mao, Ph.D. Cell Press, Cambridge, MA, U.S.A. Editorial Process at Cell Press 于 翔 Xiaowei Lu, Ph.D. University of Virginia School of Medicine, U.S.A. A tale of three motors-signaling underlying auditory hair cell planar polarity 于 翔 C.-K. James Shen, Ph.D. Institute of Molecular Biology, Academia Sinica, Taipei Neuronal functions of TDP- 43, a major neuropathogenic signature protein of ALS and FTLD 蒲 慕 明 Gerhard M. Technau, Ph.D. Institute of Genetics, University of Mainz Generation of cell diversity and segmental pattern in the CNS of Drosophila 何 杰 2014 年 度 报 告 13

14 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 日 期 报 告 人 单 位 报 告 题 目 邀 请 人 Josef Parvizi, Ph.D. Stanford University, U.S.A. Mapping the functional organization of the human brain with direct cortical recording and electrical stimulation 姚 海 珊 Pierre Paoletti, Ph.D. INSERM, Team Leader, ENS Paris, France NMDA receptors: diversity, molecular mechanisms and synaptic regulation 熊 志 奇 Huizhong W. Tao, Ph.D. Zilkha Neurogenetic Institute and Dept of Cell & Neurobiology, USC Keck School of Medicine Synaptic mechanisms for visual information processing in mouse cortex 杜 久 林 Ching-Po Lin, Ph.D. National Yang-Ming University, Taipei Altered Anatomical Networks in Alzheimer's Disease 蒲 慕 明 Gong Chen, Ph.D. Penn State University, U.S.A. In vivo Direct Neural Reprogramming for Brain Repair. 杜 久 林 Arturo Alvarez-Buylla, Ph.D. University of California, San Francisco, School of Medicine, U.S.A. Embryonic Origin of Adult Neural Stem Cells 蒲 慕 明 Ron Yu, Ph.D. Stowers Institute for Medical Research, U.S.A. Rewired Olfaction: probing development and function of the olfactory map 蒲 慕 明 Su Guo, PhD University of California, San Francisco, U.S.A. From construction to function: exploring how the brain works using zebrafish 杜 久 林 Yanhong Shi, Ph.D. Beckman Research Institute of City of Hope, U.S.A. Modeling neural development, cognition, and disease 程 乐 平 Haikun Liu, Ph.D. German Cancer Research Center, Germany Epigenetic principles of adult neurogenesis and human diseases 蔡 时 青 Zixu Mao, Ph.D. Emory University School of Medicine, U.S.A The real estate of survival business: novel molecular circuitry and therapeutics in neuronal stress and neurodegenerative diseases 熊 志 奇 Oliver Hobert, Ph.D. Columbia University Medical Center, Investigator, Howard Hughes Medical Institute, U.S.A. Gene regulatory routines that define neuronal identity 蔡 时 青 Yihong Yang, Ph.D. National Institute on Drug Abuse, National Institutes of Health, U.S.A. Neuroimaging of brain disorders: searching for system-level biomarkers of addiction 蒲 慕 明 年 度 报 告

15 State Key Laboratory of Neuroscience 日 期 报 告 人 单 位 报 告 题 目 邀 请 人 Aaron Gilter, Ph.D. Stanford University School of Medicine, U.S.A. High-throughput genetic screens to define mechanisms of human neurodegenerative diseases 于 翔 Pierre Magistretti, M.D.Ph.D. Brain Mind Institute, EPFL Switzerland Role of neuron-glia metabiolic coupling in plasticity 蒲 慕 明 Pankaj Sah, Ph.D. Queensland Brain Institute, University of Queensland, Australia Intrinsic circuits in the basolateral amygdala 蒲 慕 明 Craig Montell, Ph.D. Neuroscience, MCDB Dept., UCSB, U.S.A. Decoding the sensory receptors and ion channels controlling Drosophila behavior 王 佐 仁 Weihong Song, MD, PhD, FCAHS Canada Research Chair in Alzheimer s Disease, Jack Brown and Family Professor, The University of British Columbia, Canada Dementia, from Down Syndrome to Alzheimer s disease 熊 志 奇 Stewart Shipp, Ph.D. Principal Associate Investigator, Institute of Opthalmology, University College London, UK Subcortical Circuitry for Visual Attention 王 伟 2014 年 度 报 告 15

16 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 研 究 平 台 和 公 共 实 验 室 工 作 进 展 一 模 式 动 物 平 台 斑 马 鱼 模 式 动 物 平 台 平 台 2014 年 为 上 海 生 科 院 4 个 研 究 所 的 7 个 课 题 组 和 全 国 其 它 16 个 科 研 单 位 / 课 题 组 提 供 资 源 和 技 术 服 务, 对 推 动 斑 马 鱼 模 式 生 物 在 我 国 生 命 科 学 和 医 药 研 究 中 的 应 用 起 到 了 积 极 的 作 用 平 台 建 立 基 于 CRISPR/Cas9 的 斑 马 鱼 Knock-in 技 术, 实 现 了 对 特 定 类 型 神 经 元 的 标 记 和 基 因 表 达 操 作 ; 初 步 建 立 光 片 成 像 技 术 (light-sheet imaging), 实 现 了 在 清 醒 的 斑 马 鱼 上 对 全 脑 数 万 个 神 经 元 活 动 进 行 高 时 空 分 辨 率 的 实 时 成 像, 取 得 以 下 研 究 成 果 : 神 经 元 NMDA 受 体 调 节 脑 血 管 发 育 利 用 斑 马 鱼 幼 鱼, 发 现 NMDA 受 体 可 以 调 节 大 脑 血 管 的 生 长, 且 这 种 作 用 是 通 过 神 经 元 上 的 NMDA 受 体 实 现 的, 因 为 特 异 操 纵 神 经 元 上 的 而 不 是 内 皮 细 胞 上 的 NMDA 受 体 可 以 改 变 大 脑 血 管 生 长 小 鼠 上 的 研 究 也 发 现 敲 除 皮 层 神 经 细 胞 中 NMDA 受 体 同 样 使 得 大 脑 皮 层 血 管 密 度 下 降 分 子 机 制 研 究 表 明, 神 经 元 上 NMDA 受 体 是 通 过 CaMKII 和 ERK 途 径 调 节 VEGFA 的 表 达, 从 而 对 大 脑 血 管 发 育 起 到 调 节 作 用 进 而, 发 现 神 经 活 动 可 以 很 有 效 的 调 节 大 脑 血 管 生 长, 并 且 该 作 用 依 赖 NMDA 受 体 的 激 活 因 此,NMDA 受 体 作 为 神 经 活 动 的 感 受 分 子 可 以 通 过 VEGFA 信 号 调 节 大 脑 血 管 的 发 育 神 经 元 通 过 Exosome 分 泌 mir132 调 节 血 脑 屏 障 的 发 育 发 现 下 调 神 经 元 高 表 达 的 mir-132 导 致 斑 马 鱼 脑 部 出 血 ; 同 时 DAPI 标 记 的 方 法 显 示 mir-132 对 于 脑 部 血 管 的 完 整 性 是 必 须 的, 并 且 确 定 血 管 中 少 量 表 达 的 mir-132 对 于 血 管 的 完 整 性 非 常 重 要 Western blot 和 免 疫 染 色 的 方 法 发 现 对 于 血 管 完 整 性 非 常 重 要 的 细 胞 粘 附 连 接 分 子 VE-cadherin 在 脑 部 血 管 的 表 达 被 明 显 下 调, 同 时 VE-cadherin 的 下 调 可 以 模 拟 mir-132 下 调 的 表 型 进 而, 特 异 性 地 在 神 经 元 内 下 调 mir-132 的 实 验 显 示 神 经 元 表 达 的 mir-132 对 于 脑 部 血 管 完 整 性 是 必 须 的 通 过 体 外 神 经 元 培 养 方 法, 进 一 步 发 现 神 经 元 能 够 释 放 含 有 mir-132 的 exosome, 并 且 这 些 exosome 能 够 进 入 体 外 培 养 的 脑 血 管 内 皮 细 胞 中 在 斑 马 鱼 上, 用 CD63-GFP 标 记 神 经 元 的 exosome, 发 现 其 也 能 够 进 入 斑 马 鱼 脑 部 血 管 内 皮 细 胞 中 因 此, 推 测 神 经 元 能 够 通 过 exosome 调 节 脑 部 血 管 的 发 育 以 及 血 管 的 完 整 性 在 分 子 机 制 上, 通 过 microarray 以 及 序 列 预 测 的 方 法, 结 合 体 外 和 体 内 的 报 告 基 因 和 western blot 实 验, 进 一 步 发 现 eef2k 是 mir-132 的 直 接 靶 基 因, 并 且 下 调 血 管 内 部 细 胞 中 的 eef2k 能 够 拯 救 mir-132 下 调 导 致 的 出 血 以 及 血 管 完 整 性 的 破 坏 该 工 作 揭 示, 神 经 元 可 以 释 放 mir-132, 后 者 进 入 血 管 内 皮 细 胞 中, 通 过 调 节 内 皮 细 胞 中 的 eef2k 和 VE-Cadherin 来 调 控 大 脑 BBB 的 发 育 和 血 管 功 能 完 整 性, 揭 示 了 神 经 系 统 调 节 BBB 发 育 的 新 形 式 转 基 因 小 鼠 模 式 动 物 平 台 平 台 2014 年 立 足 服 务 神 经 科 学 研 究 所, 已 经 为 多 个 研 究 组 完 成 转 基 因 载 体 的 电 泳 回 收 和 显 微 注 射 及 胚 胎 移 植 工 作 2014 年 已 经 完 成 4 个 构 件 的 回 收 ; 注 射 制 作 5 种 转 基 因 小 鼠 SPF 级 是 国 际 认 可 的 通 用 的 小 鼠 微 生 物 质 量 等 级 作 为 SPF 级 小 鼠 饲 养 环 境, 针 对 引 进 未 达 到 SPF 级 的 转 基 因 小 鼠, 平 台 开 展 了 胚 胎 移 植 升 级 服 务, 以 保 证 外 来 引 入 种 鼠 不 把 病 原 体 带 进 转 基 因 鼠 房 已 为 12 个 研 究 组 做 了 40 个 品 系 转 基 因 小 鼠 胚 胎 移 植 净 化 服 务 因 转 基 因 小 鼠 饲 养 数 量 越 来 越 多, 而 SPF 级 鼠 房 空 间 有 限, 平 台 开 展 转 基 因 小 鼠 胚 胎 冷 冻 保 种 及 复 苏 工 作, 已 为 14 个 研 究 组 的 冻 存 86 个 品 系 的 转 基 因 小 鼠 胚 胎 并 且 根 据 一 些 研 究 组 的 实 验 要 求, 复 苏 10 个 年 度 报 告

17 State Key Laboratory of Neuroscience 品 系 的 冻 存 胚 胎 都 获 得 了 一 定 数 量 的 转 基 因 小 鼠 体 外 受 精 技 术 可 以 使 那 些 由 于 种 种 原 因 不 能 交 配 或 不 能 怀 孕 的 小 鼠 得 到 后 代 小 鼠 体 外 受 精 主 要 是 指 : 成 熟 卵 子 与 获 能 精 子 在 组 织 培 养 皿 中 的 受 精 这 一 技 术 无 需 使 用 大 量 的 种 公 鼠 进 行 交 配 合 笼, 就 可 以 获 得 为 数 不 少 的 卵 裂 胚 胎, 再 采 用 胚 胎 移 植 的 方 法 得 到 小 鼠 后 代 精 子 冷 冻 技 术 的 操 作 方 法 比 胚 胎 冷 冻 简 便 快 捷 冷 冻 的 精 子 可 以 为 转 基 因 小 鼠 的 种 子 保 存 起 到 双 保 险 的 作 用, 所 以 我 们 开 展 转 基 因 小 鼠 精 子 冷 冻 服 务 二 公 共 实 验 室 光 学 成 像 平 台 平 台 2014 年 购 置 了 1 台 内 窥 探 头 式 在 体 荧 光 显 微 镜 和 1 台 荧 光 寿 命 和 荧 光 相 关 光 谱 显 微 镜 内 窥 探 头 式 在 体 荧 光 显 微 镜 由 正 置 共 聚 焦 显 微 镜 和 高 数 值 孔 径 内 窥 成 像 物 镜 组 成 内 窥 成 像 物 镜 可 以 深 入 大 脑 3~20 毫 米, 正 置 共 聚 焦 显 微 镜 则 可 以 通 过 内 窥 成 像 物 镜 对 大 脑 的 深 部 结 构 进 行 成 像 此 设 备 可 对 小 鼠 大 鼠 猫 兔 猴 的 大 脑 深 部 结 构 进 行 成 像, 也 可 作 为 常 规 共 聚 焦 显 微 镜 用 于 生 物 学 研 究 ( 如 : 用 于 固 定 标 本 成 像 活 体 脑 片 成 像 果 蝇 和 斑 马 鱼 成 像 等 ), 是 一 套 适 用 性 强 用 途 广 泛 的 光 学 成 像 系 统 荧 光 寿 命 和 荧 光 相 关 光 谱 显 微 镜 由 倒 置 共 聚 焦 显 微 镜 和 PicoQuant FLIM & FCS Upgrade Kit 组 成 此 设 备 可 在 细 胞 和 亚 细 胞 水 平 研 究 蛋 白 分 子 的 运 动 表 达 分 子 间 ( 内 ) 的 相 互 作 用, 还 可 以 测 量 细 胞 内 离 子 浓 度 和 ph 的 变 化 与 普 通 共 聚 焦 显 微 镜 进 行 FRET 和 FRAP 实 验 相 比, 荧 光 寿 命 和 荧 光 相 关 光 谱 测 量 技 术 是 检 测 活 细 胞 内 蛋 白 质 功 能 和 相 互 作 用 的 较 好 方 法, 结 果 更 准 确, 实 验 效 率 也 可 以 得 到 相 应 提 高 平 台 2014 年 顺 利 完 成 了 6 台 NIKON 共 聚 焦 显 微 镜 和 Olympus 共 聚 焦 显 微 镜 的 升 级 和 维 护 工 作 用 0.1~0.2 微 米 的 4 色 荧 光 小 球 标 本 对 共 聚 焦 显 微 镜 的 PSF 进 行 了 检 测, 完 善 了 提 高 图 像 分 辨 率 降 低 图 像 噪 声 校 正 色 差 的 方 法, 并 编 写 了 光 学 成 像 平 台 实 验 手 册 所 有 设 备 都 按 仪 器 设 备 区 域 中 心 的 要 求 纳 入 中 科 院 仪 器 设 备 共 享 管 理 平 台 ( 提 供 仪 器 共 享 和 网 上 预 约 ) 平 台 设 备 每 周 开 放 80 小 时,1~10 月 份 实 际 使 用 了 机 时 ( 为 去 年 的 1.21 倍 ), 其 中 对 外 服 务 为 327 机 时 ( 为 去 年 的 2.64 倍 ), 对 外 服 务 单 位 有 : 中 科 院 生 化 细 胞 所 中 科 院 计 算 所 中 科 院 药 物 所 中 科 院 巴 斯 德 所 上 海 复 旦 大 学 上 海 交 通 大 学 上 海 同 济 大 学 上 海 大 学 华 东 理 工 大 学 上 海 睿 智 化 学 研 究 有 限 公 司 等 平 台 在 光 学 实 验 设 计 协 助 学 生 完 成 实 验 建 立 图 像 处 理 分 析 方 法 等 方 面 得 到 所 内 外 的 好 评 神 经 分 子 和 细 胞 生 物 学 平 台 平 台 2014 年 新 购 置 双 路 双 道 微 透 析 仪 现 已 正 式 启 用 微 透 析 (Microdialysis) 技 术 是 一 种 灌 流 取 样 与 透 析 技 术 相 结 合 的 一 种 从 生 物 活 体 内 进 行 动 态 微 量 生 化 取 样 的 新 技 术, 具 有 活 体 连 续 取 样 动 态 观 察 定 量 分 析 采 样 量 小 组 织 损 伤 轻 等 特 点 该 仪 器 利 用 固 定 的 悬 臂 结 构 和 双 轴 4 通 阀, 结 合 微 流 注 射 泵 和 液 流 切 换 装 置, 可 在 麻 醉 或 清 醒 的 生 物 体 上 使 用, 特 别 适 合 于 深 部 组 织 和 重 要 器 官 的 活 体 生 化 研 究 该 技 术 在 动 物 中 枢 神 经 系 统 中 用 途 广 泛 作 用 强 大, 目 前 已 成 为 实 验 神 经 生 理 学 和 神 经 化 学 的 重 要 研 究 工 具 之 一, 它 可 提 供 神 经 递 质 释 放 摄 取 和 代 谢 的 必 要 信 息, 并 实 时 监 测 药 物 在 细 胞 外 液 中 的 浓 度 代 谢 产 物, 也 可 以 作 为 一 种 给 药 的 手 段, 得 到 近 实 时 的 小 鼠 脑 部 微 环 境 中 因 局 部 给 药 或 手 术 后, 一 系 列 生 理 或 病 理 改 变 的 数 据 解 决 了 以 前 这 类 实 验 需 要 使 用 大 量 小 鼠 定 时 宰 杀 引 起 的 高 实 验 成 本 和 因 不 同 小 鼠 间 个 体 差 异 而 引 发 的 数 据 波 动, 有 效 地 缩 短 了 整 个 实 验 的 时 间 周 期 目 前 已 在 临 床 作 为 诊 断 工 具 和 治 疗 手 段 而 逐 步 扩 大 其 适 2014 年 度 报 告 17

18 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 用 范 围 目 前 该 仪 器 主 要 用 于 小 鼠 脑 部 多 巴 胺 微 透 析 分 析 和 小 鼠 脑 缺 血 模 型 中 氨 基 酸 酸 浓 度 的 检 测 由 于 微 透 析 样 品 具 有 体 积 小, 浓 度 低 的 特 点, 常 规 的 检 测 方 法 几 乎 无 法 满 足 实 验 要 求 的 检 测 灵 敏 度 而 新 购 置 的 激 光 诱 导 荧 光 检 测 器 利 用 激 光 波 长 单 一, 能 量 密 度 高 的 特 点, 可 以 非 常 有 针 对 性 地 解 决 样 品 中 超 低 浓 度 氨 基 酸 的 检 测 问 题 该 仪 器 虽 然 还 在 调 试 阶 段, 但 已 能 开 展 正 常 工 作 该 仪 器 设 备 是 和 双 路 双 道 微 透 析 仪 相 互 配 套, 主 要 用 于 微 透 析 样 品 中 痕 量 氨 基 酸 的 检 测 另 外, 新 购 置 的 RT-PCR 仪 因 没 有 到 货, 还 在 等 待 中 截 至 到 目 前, 双 路 双 道 微 透 析 仪 从 安 装 验 收 后 已 累 计 使 用 了 一 千 多 小 时, 使 用 该 设 备 的 实 验 小 鼠 已 超 过 七 十 余 只 仪 器 的 检 测 灵 敏 度 达 到 30 ng/ml( 以 多 巴 胺 计 ), 样 品 分 析 体 积 为 20 ul( 以 多 巴 胺 计 ), 已 能 满 足 普 通 小 鼠 微 透 析 检 测 到 需 求 由 于 该 仪 器 比 较 适 合 我 所 的 科 研 需 要, 一 经 安 装 调 试 后, 迅 速 达 到 实 验 仪 器 的 正 常 使 用 量, 并 在 继 续 稳 步 增 加 中 目 前 该 仪 器 除 服 务 于 我 所 正 常 科 研 工 作 需 要 外, 还 为 上 海 第 一 人 民 医 院 江 西 井 冈 山 大 学 普 陀 区 中 心 医 院 等 多 家 科 研 单 位 提 供 服 务, 已 取 得 了 一 定 的 社 会 效 益 激 光 诱 导 荧 光 检 测 器 作 为 和 双 路 双 道 微 透 析 仪 配 套 的 检 测 设 备, 虽 然 还 处 于 调 试 验 收 阶 段, 但 平 台 已 逐 步 建 立 起 相 关 的 检 测 方 法, 用 于 我 所 的 微 透 析 样 品 的 分 析 目 前 仪 器 的 检 测 灵 敏 度 达 到 20 nm( 以 谷 氨 酸 计 ), 上 样 2 ul 该 仪 器 在 调 试 阶 段 已 服 务 于 上 海 复 旦 大 学 附 属 中 山 医 院, 用 于 心 肌 细 胞 缺 血 性 损 伤 后 的 氨 基 酸 检 测 电 子 显 微 镜 平 台 电 子 显 微 镜 平 台 于 2013 年 购 置 了 高 压 冷 冻 固 定 仪 (Leica EM HPM100) 一 台, 此 系 统 主 要 用 于 动 物 组 织 和 培 养 细 胞 的 快 速 玻 璃 化 冷 冻 固 定, 在 极 短 时 间 (30 ms) 内 对 样 品 实 施 高 压 和 低 温, 捕 捉 样 品 瞬 时 的 生 理 或 生 化 状 态 传 统 的 电 镜 样 品 制 备 过 程 采 用 化 学 固 定 脱 水 常 产 生 各 种 人 工 假 象, 使 其 所 展 现 的 细 胞 超 微 结 构 细 节 失 真, 高 压 冷 冻 - 冷 冻 置 换 技 术 (HPF-FS) 将 解 决 这 一 技 术 难 题, 更 重 要 的 是 可 以 有 效 提 高 免 疫 电 镜 样 品 标 记 的 灵 敏 度 和 准 确 性 高 压 冷 冻 固 定 仪 装 机 至 今, 开 展 实 验 数 次, 接 收 样 品 数 目 达 到 80 多 例 主 要 针 对 所 内 各 课 题 组 提 供 的 脑 组 织 样 品 和 培 养 的 神 经 元 细 胞 目 前 我 们 所 有 许 多 课 题 组 需 要 采 用 高 压 冷 冻 - 冷 冻 置 换 技 术 来 解 决 若 干 具 有 重 要 理 论 价 值 和 应 用 价 值 的 神 经 生 物 学 问 题 该 项 技 术 在 国 内 开 展 的 较 晚, 尤 其 在 神 经 生 物 学 领 域 进 展 缓 慢, 由 于 神 经 组 织 结 构 的 特 殊 性, 含 水 量 很 高, 如 何 克 服 冰 晶 对 超 微 结 构 的 损 伤 是 我 们 面 临 的 最 大 问 题 近 来, 我 们 平 台 突 破 常 规 的 电 镜 制 样 方 式, 积 极 开 展 高 压 冷 冻 - 冷 冻 替 代 实 验, 反 复 尝 试 排 查 问 题 并 不 断 调 整 方 案, 逐 渐 摸 索 出 较 为 成 熟 的 应 用 于 神 经 组 织 的 低 温 制 备 电 镜 样 品 的 方 法 体 系, 并 开 始 着 手 低 温 免 疫 电 镜 技 术 的 尝 试 电 子 显 微 镜 平 台 现 有 设 备 运 行 情 况 良 好, 由 3 名 专 业 技 术 人 员 负 责 管 理 和 操 作, 面 向 所 内 24 个 课 题 组 服 务, 全 年 共 接 受 委 托 单 数 1764 次, 累 计 工 作 机 时 达 3323 小 时 / 年, 使 用 率 达 到 75% 以 上, 用 户 满 意 度 较 高 透 射 电 子 显 微 镜 (JEOL JEM-1230) 于 2003 年 安 装 投 入 运 行, 迄 今 已 11 年, 设 备 状 态 基 本 稳 定, 部 分 部 件 老 化, 今 年 3 月 份 电 镜 主 板 发 生 一 次 故 障 在 机 器 性 能 落 后 的 前 提 下, 我 们 最 大 程 度 的 发 挥 了 它 的 功 能 同 时 还 承 担 常 规 透 射 电 镜 样 品 高 压 冷 冻 样 品 和 免 疫 电 镜 样 品 的 前 期 制 备 工 作, 全 年 共 为 所 内 电 镜 用 户 制 备 电 镜 样 品 达 296 例, 超 薄 切 片 机 使 用 机 时 832 小 时, 涉 及 课 题 组 12 个 此 外, 在 对 外 技 术 服 务 方 面, 电 镜 平 台 旨 在 打 造 一 个 高 水 平 的 开 放 共 享 平 台, 满 足 电 镜 成 像 领 域 日 益 广 泛 的 科 研 工 作 需 求, 并 通 过 前 沿 技 术 的 探 索 和 方 法 学 的 研 究 来 带 领 和 提 升 本 领 域 技 术 的 发 展 本 年 度 对 外 技 术 服 务 对 象 涵 盖 了 中 科 院 有 机 所 营 养 所 复 旦 大 学 医 学 院 中 山 医 院 华 山 医 院 上 海 交 通 大 学 等 十 几 个 科 研 单 位, 仪 器 平 均 共 享 率 达 32% 年 度 报 告

19 State Key Laboratory of Neuroscience 固 定 研 究 组 研 究 进 展 程 乐 平 神 经 发 育 及 其 调 控 机 理 研 究 组 研 究 目 标 实 验 室 的 工 作 主 要 研 究 神 经 发 育 的 转 录 调 控 机 理 及 如 何 将 成 纤 维 细 胞 与 胶 质 细 胞 转 分 化 为 神 经 细 胞 两 个 方 面 发 育 神 经 生 物 学 中 的 一 个 重 要 问 题 是 探 讨 神 经 系 统 中 多 种 多 样 的 神 经 元 在 发 育 过 程 中 如 何 产 生 使 用 何 种 神 经 递 质 是 神 经 元 的 基 本 特 性 之 一, 也 是 划 分 神 经 元 种 类 的 一 个 重 要 指 标 我 们 主 要 以 脊 髓 背 角 谷 氨 酸 能 神 经 元 及 γ- 氨 基 丁 酸 能 神 经 元 的 发 育 为 研 究 模 型, 研 究 神 经 细 胞 多 样 性 产 生, 尤 其 是 神 经 递 质 表 型 决 定 的 调 控 机 理 过 量 表 达 一 些 决 定 特 定 细 胞 命 运 的 转 录 因 子 可 以 实 现 特 定 细 胞 间 发 生 转 分 化, 即 从 一 种 细 胞 直 接 转 变 为 另 一 种 细 胞 使 非 神 经 细 胞 转 分 化 为 神 经 元, 或 者 使 一 种 类 型 的 神 经 元 转 分 化 为 其 它 类 型 的 神 经 元, 是 获 得 功 能 性 神 经 元 的 新 方 法 针 对 转 分 化 领 域 中 的 重 要 问 题, 我 们 将 筛 选 不 同 转 录 因 子 的 组 合, 转 分 化 产 生 具 有 特 定 神 经 递 质 表 型 的 神 经 元 在 此 基 础 上, 我 们 将 进 一 步 研 究 转 分 化 产 生 神 经 元 的 分 子 机 制 及 其 可 能 的 生 理 功 能 研 究 进 展 转 录 因 子 TF1 可 在 体 将 胶 质 细 胞 转 分 化 为 神 经 元 近 年 来, 不 同 细 胞 间 的 转 分 化 研 究 取 得 了 迅 猛 的 发 展 转 分 化 得 到 神 经 元 也 取 得 了 很 多 新 进 展 利 用 病 毒 转 染 的 方 法, 我 们 发 现 转 录 因 子 TF1 可 将 出 生 后 的 中 脑 胶 质 细 胞 转 分 化 为 神 经 元 产 生 的 神 经 细 胞 呈 现 典 型 的 神 经 细 胞 形 态, 并 表 达 神 经 元 特 异 性 的 标 志 分 子 Tuj1 MAP2 及 Synapsin I 电 生 理 检 测 结 果 表 明, 在 一 定 的 电 流 刺 激 下, 诱 导 的 神 经 元 能 发 放 动 作 电 位 而 且 诱 导 产 生 的 神 经 元 能 产 生 自 发 放 电 现 象, 这 说 明 神 经 元 形 成 了 突 触 联 系 更 重 要 的 是, 膜 片 钳 记 录 检 测 到 一 些 诱 导 产 生 的 神 经 元 间 有 直 接 联 系, 这 说 明 诱 导 的 神 经 元 不 仅 形 成 功 能 性 的 突 触 联 系, 而 且 能 够 形 成 神 经 网 络 利 用 带 GFP 标 记 的 胶 质 细 胞 进 行 转 分 化 生 成 神 经 元, 我 们 观 察 到 转 分 化 生 成 的 神 经 元 来 自 GFP 阳 性 的 细 胞, 这 说 明 转 分 化 可 能 是 直 接 由 胶 质 细 胞 转 变 而 来 在 体 外 将 胶 质 细 胞 转 分 化 为 神 经 元 的 基 础 上, 我 们 探 讨 了 TF1 能 否 在 体 将 胶 质 细 胞 转 分 化 为 神 经 元 利 用 GFAP 启 动 子 指 导 TF1 在 出 生 后 两 周 左 右 及 成 年 脑 中 表 达, 我 们 发 现 胶 质 细 胞 可 高 效 地 转 分 化 为 神 经 元 我 们 发 现 转 分 化 产 生 的 神 经 元 有 一 个 逐 渐 成 熟 的 过 程 通 过 神 经 球 成 球 实 验 及 利 用 qpcr 检 测 神 经 前 体 细 胞 标 记 分 子 Sox2 Pax6 的 表 达, 我 们 发 现 在 胶 质 细 胞 转 分 化 为 神 经 元 的 过 程 中 没 有 神 经 前 体 细 胞 的 参 与, 这 提 示 这 种 细 胞 命 运 的 转 变 为 直 接 的 转 分 化 我 们 还 发 现 从 胶 质 细 胞 转 分 化 为 神 经 细 胞 可 在 神 经 系 统 的 不 同 脑 区 发 生 这 部 分 工 作 提 供 了 一 种 从 星 形 胶 质 细 胞 转 分 化 得 到 神 经 元 的 新 方 法 转 录 因 子 TF1 可 在 体 将 星 形 胶 质 细 胞 转 分 化 为 神 经 元 a-c, 对 照 AAV 病 毒 感 染 的 成 年 小 鼠 背 侧 中 脑 中 mcherry 和 NeuN 的 共 定 位 实 验 : 病 毒 注 射 后 5 天 ( a, a ), 2014 年 度 报 告 19

20 神经科学国家重点实验室 16 天 b, b 及 38 天 c, c mcherry 和 NeuN 基 本不共定位 短箭头 (a ) (b ) (c ) 分别为 (a) (b) (c) 画框部分的放大图 d 对照 AAV 病毒感染的成年小鼠背侧中脑中 mcherry 表达阳性的星形胶质细胞的膜特性 膜电流 左 和膜电压 右 特性分别在电压钳与电流钳模式 下记录 e-g TF1-AAV 病毒感染的成年小鼠背侧中脑中 mcherry 和 NeuN 的共定位实验 病毒注射后 5 天 e, e 16 天 f, f 及 38 天 g, g mcherry 和 NeuN 逐渐开始共定位 ( 箭头 ) (e ) (f ) (g ) 分别为 (e), (f) (g) 画框部分的放大图 h TF1-AAV 病毒感染的野生型成年小鼠背侧中 脑中 mcherry 表达阳性的细胞的膜特性 膜电流 左 和膜电压 右 特性分别在电压钳与电流钳模式下记录 谷氨酸能神经元标志分子 VGLUT2 的转录调控机制 神经递质表型如何决定是胚胎神经发育中的重要事件 谷氨酸能神经元为中枢神经系统中基本的兴奋 性神经元 囊泡谷氨酸转运体 2 VGLUT2 为其标志性分子 我们之前的工作显示转录因子 Tlx3 通过拮 抗转录因子 Lbx1 促进谷氨酸能神经元的发育 但直接与 VGLUT2 基因的 DNA 元件结合并调控其表达的转 录因子还不清楚 通过分析转基因小鼠及基因敲除小鼠的表型 我们找到 VGLUT2 的一个组织专一性元件 VCR34 1 Kb 它参与决定 VGLUT2 在小鼠脊髓背角的表达 通过制备 VCR34 敲除小鼠并分析其表型 我们发现 VCR34 敲除小鼠中 VGLUT2 的表达显著降低 我们将利用 RNA-Seq ChIP-Seq 等技术 阐明不 同层次的转录因子如何协调决定谷氨酸能神经元标志分子的表达 转录因子 TF2 调控背根神经节中感觉神经元的兴奋性 准确的躯体感觉为动物感知与应对外界环境刺激必需 背根神经节 DRG 与脊髓背角是传递痛觉信 息的重要神经组织 但哪些分子在其中发挥重要作用还很不清楚 我们发现转录因子 TF2 主要表达在 DRG 中小直径神经元中 在背根神经节中敲除 TF2 后 许多与神经元属性及神经信息传递相关基因的表达发生 了改变 并且该基因敲除后小鼠对福尔马林诱发的炎症痛反应加剧 我们发现 mglur5 的表达水平的上调 以及 TAFA4 表达水平的下调 是导致 TF2 基因敲除小鼠炎性痛行为加剧的重要原因 我们还发现 TF2 基因 敲除小鼠中 mglur5 激活依赖的热痛敏化时间明显延长 这些结果表明 外周初级感觉神经元中 TF2 参与 调控神经元的信息传递 其缺失会增强 DRG 神经元的兴奋性 行为学上表现出热觉及炎性痛敏化等表型 年度报告

21 State Key Laboratory of Neuroscience 杜久林 感觉整合与行为研究组 研究目标 本实验室结合在体全细胞记录 钙成像 光遗传学 药理学 行为学以及基 因操作等多学科手段 从突触 - 神经元 - 神经环路 - 行为的研究策略出发 以视觉 系统为切入点 研究感觉信号处理 多感觉整合 感觉运动转换和相关行为发生 的神经机制及其神经调节 特别侧重于神经环路功能联结图谱的研究 长期目标 是勾勒出一个多种神经调质系统适应性地调节神经功能和动物行为的基本理论 外界感觉信息通过作用于神经调质系统调节脑状态 从而调节神经环路功能和动物行为 与此同时 拓展 交叉研究方向 运用斑马鱼活体成像 脑血管三维结构定量分析 分子和基因操作手段等 研究脑血管发 育和血脑屏障形成的宏观和微观机制 以及脑血管与神经系统在发育和功能上的协调作用 尤其是神经活 动对脑血管发育的调节 研究进展 建立 Cas9 介导的斑马鱼基因敲入技术 实现特异性标记和操作不同 类型神经元 CRISPR/Cas9 是国际上新近开发的一种基因编辑技术 虽然在哺 乳动物中已成功用于基因敲入 knock-in 但在斑马鱼模型中然有待 开发 我们通过技术改进 在斑马鱼上已建立高效的 Cas9 介导的基 因敲入 运用这一技术 我们实现了对神经调质能神经元进行操作的 一系列斑马鱼工具 这些神经元包括五羟色胺能神经元 serotoninergic neuron 去甲肾上腺素能神经元 norepinephrinergic neuron 多巴 胺能神经元 dopaminergic neuron 图 1 等 这些工具是我们研究神 经调质系统对捕食 / 逃避及其抉择的调控机制及其功能联结是必须的 文章在审稿中 图 1. 酪氨酸羟化酶基因内定点插入 EGFP 基因 揭示视觉 - 运动控制的神经机制 动物每时每刻接受多种感觉输入并对其进行处理 产生不同的行为输出 已知感觉通路对感觉输入进 行加工处理 但由于所涉及的神经环路复杂性 我们对感觉中枢处理后的感觉相关信息是如何向运动信号 转变 sensorimotor transformation 进而引起不同行为的神经机制还知之甚少 本课题以斑马鱼幼鱼的逃跑 环路 escape circuit 为对象 研究视觉信息向逃跑环路的信息传递 visuomotor transformation 的调节机 制 发现视觉向逃跑环路的信息传递受到下丘脑尾部多巴胺能神经元和后脑甘氨酸能抑制性神经元组成的 功能模块的控制 模拟 捕食者 的危险视觉刺激抑制了这些神经元的活动 从而解除视觉中枢向逃跑环 路信号传递的抑制性控制 提高视觉 - 运动信息的转换效率 并触发逃跑行为的发生 相反 非危险的视 觉刺激则激活了这些神经元 增强抑制性 降低视觉 - 运动信息的转换效率 使得逃跑行为不能发生 图 年度报告 21

22 神经科学国家重点实验室 该工作为感觉 - 行为控制提供了神经环路机制 并首次揭示了神经调质系统可以区分视觉刺激的行为意义 从而对相应的视觉 - 运动信号处理进行特异性调节 产生适应性的动物行为 工作在审稿中 图 2. 视觉 - 运动控制的神经机制模式图 发表论文 1. Liu, J.N., Liu, Y., Bu, W.B., Bu, J.W., Sun, Y., Du, J.L, and Shi, J.L.* (2014). Ultrasensitive Nanosensors Based on Upconversion Nanoparticles for Selective Hypoxia Imaging in Vivo Upon Near-Infrared Excitation. J. Am. Chem. Soc. 136 (27): Li, H.S., Yue, R., Wei, B., Gao, G., Du, J.L., and Pei G.* (2014). Lysophosphatidic acid acts as a nutrientderived developmental cue to regulate early haematopoiesis. EMBO Journal 33(12): Liu, J.N., Bu, J.W., Bu, W.B., Zhang, S.J., Pan, L.M., Chen, W.P., Zhou, L.P., Peng, W.J., Zhao, K.L., Du, J.L., and Shi, J.L.* (2014). Real-time in vivo quantitative monitoring of drug release by dual mode MR and UCL imagings. Angew. Chem. Int. Ed. 53(18): 尚春峰 * 穆宇 杜久林 * (2014). 以透明脑 观澄明心 - 斑马鱼神经功能研究进展 中国科学 ( 接收 特邀综述 ) 年度报告

23 State Key Laboratory of Neuroscience 郭 爱 克 学 习 与 记 忆 研 究 组 研 究 目 标 果 蝇 有 清 晰 的 遗 传 背 景, 简 约 的 神 经 系 统, 丰 富 的 行 为 菜 单, 方 便 的 基 因 操 作, 被 视 为 生 物 学 中 的 万 能 钥 匙 在 相 对 简 约 的 模 式 系 统 研 究 复 杂 行 为 的 神 经 过 程 是 本 研 究 组 的 特 色 和 优 势 本 研 究 组 的 长 期 目 标 是 以 果 蝇 为 实 验 模 型, 遵 循 基 因 - 脑 - 行 为 结 合 的 研 究 框 架, 以 蘑 菇 体 和 多 巴 胺 系 统 介 导 的 学 习 机 制 为 主 线, 在 分 子 细 胞 环 路 和 行 为 等 多 个 层 面 上, 揭 示 果 蝇 的 认 知 行 为 以 及 社 会 行 为 的 神 经 机 制 和 工 作 原 理 当 前, 本 研 究 组 重 点 探 索 联 结 组 学 的 研 究 策 略 和 技 术, 强 调 突 触 水 平 的 环 路 结 构 与 生 理 功 能 统 一 的 研 究 思 维 由 神 经 元 和 突 触 共 同 组 成 的 环 路 是 神 经 系 统 发 挥 功 能 的 基 本 单 位, 多 类 型 神 经 元 通 过 各 种 形 式 复 杂 的 突 触 连 接 形 成 功 能 迥 异 的 神 经 环 路, 执 行 具 体 的 神 经 功 能 通 过 电 镜 等 高 分 辨 率 结 构 研 究 工 具, 结 合 生 理 学 研 究 手 段, 本 研 究 组 从 突 触 水 平 出 发, 重 构 和 解 析 果 蝇 的 功 能 性 神 经 环 路, 发 现 其 构 成 原 则 和 特 性, 希 望 从 突 触 和 环 路 水 平 对 果 蝇 认 知 行 为 的 神 经 机 制 建 立 扎 实 的 理 解 研 究 进 展 揭 示 了 APL 神 经 元 在 蘑 菇 体 垂 直 叶 中 的 结 构 特 征 和 功 能 关 联 运 用 脑 联 结 组 的 研 究 思 路, 发 展 了 电 镜 下 的 特 定 神 经 元 标 记 技 术, 在 连 续 电 镜 切 片 重 构 的 基 础 上, 探 讨 了 蘑 菇 体 内 大 范 围 分 布 的 APL 神 经 元 在 蘑 菇 体 垂 直 叶 中 的 投 射 模 式 与 蘑 菇 体 内 源 性 神 经 元 的 突 触 联 结 模 式 及 规 律 联 结 图 谱 分 析 结 果 表 明,APL 神 经 元 在 蘑 菇 体 竖 直 叶 中 与 KC 神 经 元 的 联 系 并 不 如 光 镜 下 表 现 的 那 么 广 泛 ; 在 垂 直 方 向 上, 突 触 分 布 呈 现 节 段 化 特 征, 钙 成 像 结 果 与 之 一 致, 表 明 APL 在 蘑 菇 体 垂 直 叶 中 并 不 以 整 体 形 式 发 挥 功 能, 即 APL 对 蘑 菇 体 的 抑 制 性 作 用 非 整 体 性 的, 而 是 以 节 段 形 式, 与 周 边 神 经 元 ( 主 要 为 KC) 形 成 信 息 的 区 域 化 处 理, 在 竖 直 叶 内 整 体 神 经 元 网 络 结 构 可 能 呈 现 小 世 界 网 络 属 性 发 现 了 果 蝇 触 角 叶 中 星 形 胶 质 细 胞 的 突 触 负 向 调 控 作 用 普 遍 认 为 胶 质 细 胞 对 神 经 网 络 结 构 和 功 能 的 建 成 非 常 重 要, 但 是 对 胶 质 细 胞 如 何 参 与 神 经 环 路 功 能 的 调 节 却 知 之 甚 少 从 果 蝇 嗅 觉 感 受 过 程 中 胶 质 细 胞 的 生 理 功 能 入 手, 探 索 并 发 现 了 触 角 叶 中 星 形 胶 质 细 胞 对 神 经 元 间 突 触 的 负 向 调 控 作 用 果 蝇 触 角 叶 是 嗅 觉 系 统 的 第 一 级 中 转 站, 嗅 觉 受 体 神 经 元 与 投 射 神 经 元 在 该 区 域 产 生 突 触 结 构, 传 递 嗅 觉 信 息 形 态 学 的 研 究 表 明, 触 角 叶 中 的 星 形 胶 质 细 胞 的 末 梢 与 突 触 具 有 很 强 的 联 系, 然 而 该 星 形 胶 质 细 胞 的 功 能 还 无 人 知 晓 采 用 活 体 钙 成 像 技 术 发 现 在 静 息 状 态 下 触 角 叶 中 的 星 形 胶 质 细 胞 会 出 现 自 发 的 区 域 性 细 胞 内 钙 水 平 升 高 调 控 星 形 胶 质 细 胞 的 钙 水 平 的 同 时, 观 测 投 射 神 经 元 对 气 味 刺 激 的 反 应, 我 们 发 现 星 形 胶 质 细 胞 钙 水 平 升 高 会 抑 制 投 射 神 经 元 对 气 味 刺 激 的 反 应 但 是 采 用 同 样 的 方 法 调 控 触 角 叶 中 另 一 种 重 要 的 胶 质 细 胞 鞘 胶 质 细 胞, 则 不 会 影 响 神 经 元 对 气 味 的 反 应 用 电 生 理 的 方 法 记 录 星 形 胶 质 细 胞 的 活 动, 发 现 激 活 星 形 胶 质 细 胞 会 抑 制 投 射 神 经 元 的 兴 奋 性 突 触 后 电 位 的 幅 度 和 斜 率, 表 明 星 形 胶 质 细 胞 能 够 负 向 调 控 突 触 强 度 星 形 胶 质 细 胞 的 负 向 调 控 作 用 不 仅 出 现 在 触 角 叶 中, 2014 年 度 报 告 23

24 神经科学国家重点实验室 在果蝇中枢系统其他区域也同样存在 用果蝇运动环路作为模型检测星形胶质细胞的作用 发现激活星形 胶质细胞会诱导果蝇瘫痪 进一步的电生理实验也表明激活星形胶质细胞能够抑制果蝇运动系统的信号传 递 该项研究揭示了果蝇胶质细胞参与神经系统调控的机制 该工作发表在 European Journal of Neuroscience 杂志上 图 1. 激活果蝇嗅球中胶质细胞可以抑制 PN 对气味刺激的反应 A-D 果蝇嗅球中存在类少突胶质细胞 这类胶质细胞 存在自发发放的现象 E-H 激活 Alrm-GAL4(E-F) 或 Repo-GAL4(G-H) 驱动的胶质细胞 可以显著降低嗅球 PN 神经 元对气味的反应 与中科院北京自动化所合作制定了基于 ATUM 的电镜尺度神经联结组图谱采集和重构的工作流程和分析软 件开发 在 FIB SEM 采集的果蝇蘑菇体 calyx 和垂直叶电镜连续切片数据集的基础上 开始全部神经元的三维 重构工作 并从标记 APL 的蘑菇体垂直叶电镜图谱入手 进行了结构和功能特征的分析 发表论文 1. Liu, H., Zhou, B., Yan, W., Lei, Z., Zhao, X., Zhang, K., and Guo, A.* (2014) Astrocyte-like glial cells physiologically regulate olfactory processing through the modification of ORN-PN synaptic strength in Drosophila. Eur. J. Neurosci. 40: 年度报告

25 State Key Laboratory of Neuroscience 胡海岚 神经环路与行为可塑性研究组 研究目标 致力于研究情感与社会行为的神经基础和可塑性机制 利用电生理 光遗传 学和细胞 分子生物学等多层面研究手段 应用离体脑片和整体动物模型对情感 相关的神经环路进行进行细胞和环路水平的研究 主要研究方向包括 1 正常情绪的神经编码机制 2 异常情绪 如抑郁症 的神经环路及分子机理 3 社会地位的神经环路机制 研究进展 正常情绪的神经编码机制 利用神经元活性标志分子 cfos 的 mrna 和 protein 表达时辰 的差异 我们在同一动物脑中分别标记了吗啡注射所激活的快感 环路与足部电击所活化的负面情绪环路 系统地观察了这两种相 反情绪刺激在同一个脑中所对应的神经环路 利用这一技术 我 们第一次在大脑的多个脑区观察到了对应不同情绪的表征形式与 相互作用关系 包括分离 重合与交错的编码模式 这部分成果 于 2014 年 9 月发表在 Nature neuroscience 上 异常情绪 ( 如抑郁症 ) 的神经环路及分子机理 我们前期研究发现 胶质细胞特异表达的内向整流型钾离 子通道 Kir4.1 也称 Kcnj10 在天生抑郁的大鼠的缰核中有显著 的表达上调 通过膜片钳全细胞电生理记录星形胶质细胞 我们 发现外侧缰核胶质细胞整体静息膜电位呈现显著性超极化 星形 图 1. 不同脑区对应不同情绪的表征形式与相互作用关系 胶质细胞的超极化将影响其自身的活性 造成包括胶质细胞因子 释放 递质转运体在内的功能发生失调 这些变化可能造成胶质细胞的功能失常 并直接影响缰核内神经 元的功能 通过使用胶质细胞特异的 GFPA 蛋白质进行免疫组化实验 我们发现尽管抑郁大鼠中缰核胶质 细胞数目并没有发生显著变化 这些细胞的一级树突数量却显著下降 树突的长度和覆盖范围也显著减少 这一结果提示缰核星形胶质细胞与神经突触所能形成的三重突触体数目也会相应减少 将对突触功能和传 递效率造成显著影响 社会地位的神经环路机制 大脑内侧前额叶 mpfc 脑区的神经元活性对社会等级地位的高低具有决定作用 这一结果提示 mpfc 脑区某些与神经元电活动相关的基因可能参与了社会等级的建立和决定过程 作为 top-down control 的中心 2014 年度报告 25

26 神经科学国家重点实验室 mpfc 脑区汇总了来自感觉 运动和情绪的多重输入 并往多个下游脑区 纹状体 杏仁核 中脑腹侧被盖区 背侧脚间核等都有投射 我们利用光遗传学这一精确控制神经元活动的工具已经成功稳定记录到自由运动 小鼠的电生理变化 我们发现 在钻管测试中光激活 mpfc 脑区神经元活性可以显著改变小鼠原来已经稳 定建立的社会等级 甚至仅仅激活 mpfc 脑区兴奋性神经元结果亦然 接下来 我们计划在 mpfc 脑区表 达光敏感通道 同时在下游脑区给予光刺激 或者反之 在上游候选脑区注射病毒并在 mpfc 脑区给予光 刺激 进而寻找会引起等级行为变化的神经环路 图 2. mpfc 对小鼠社会等级的双向调节 图 3. mpfc 调节社会等级的下游神经环路 发表论文 1. Wang F, Kessels F, Hu H (2014) The mouse that roared: neural mechanisms of social hierarchy. ( 封面综 述 ) Trends in Neurocience, Advanced online, Aug Xiu, J, Zhang, Q, Zhou, T, Zhou, T, Chen, Y, Hu, H (2014) Visualizing an emotional valence map in the limbic forebrain by TAI-FISH. Nature Neuroscience. 17: 年度报告

27 State Key Laboratory of Neuroscience 罗振革 突触信号研究组 研究目标 神经元通过多根且具有复杂分支的树突接受信息 通过单根轴突传出信息 神经突起之间这种形态和功能的分化称为极性化 神经细胞与其靶细胞之间通过 突触进行通讯 在发育过程中 神经元形态和突触连接需要经过修剪过程 去除 错误的投射 从而形成精确的神经环路 目前主要研究以下问题 1 神经元的极 化机理 2 轴突生长和修剪机制 3 突触形成与修剪的分子机制 4 大脑皮层 的进化及遗传机制 研究进展 发现轴突发育过程中质膜前体囊泡的顺向运输机制 神经元通过具有复杂分支的树突接受信息 通过长的轴 突输出信息支配靶细胞 在极端的情况下 单个轴突可长达 一米甚至数米 轴突发育需要细胞膜面积的不对称性增加 该过程被认为受到来自高尔基体的质膜前体囊泡 plasmalemmal precursor vesicles PPVs 控制 长期以来 关于该类囊 泡的生化特性和调控规律非常不清楚 近年来 我们对该问 题进行了系统深入的研究 在前期工作中 发现 Rab10 小 G 蛋白作为 PPV 的标记分子在轴突发育和细胞膜极性增加过程 中发挥重要作用 Dev. Cell 2011 还发现肌球蛋白 Myosin V 决定 Rab10 囊泡从高尔基体的分选 并影响轴突发育 Nat. Commun 一个重要问题是 Rab10 囊泡如何从胞体被 运输到轴突末梢 最近发现 Rab10 通过与一种叫做 JIP1 的接 图 1. 关于 Rab10 质膜前体囊泡的轴突运输模型 在轴突发育 过程中 JIP1 介导 Rab10 囊泡与马达蛋白 KIF5 的结合 后 者携带 货物 使其沿着微管形成的 轨道 从胞体运输到 轴突末端 头蛋白结合 后者与马达蛋白 KIF5 的轻链 KLC 结合 从而 形成 Rab10/JIP1/KLC 复合物 该复合物对于 Rab10 囊泡在轴突中的顺向运输发挥重要作用 JIP1 和该复 合物对于神经元极化和轴突生长起至关重要的作用 该项研究揭示了轴突发育过程中 Rab10 质膜前体囊泡 的选择性运输机制 该工作 2014 年发表在 the Journal of Neuroscience 鉴定了介导质膜前体囊泡锚定和膜融合的关键蛋白 发现 MARCKS(myristoylated alanine-rich C-kinase Substrate) 在膜靶向和融合过程中发挥重要作用 下调 MARCKS 的表达或者阻断其与 Rab10 的相互作用抑制皮层神经元轴突的生长 影响 Rab10 靶向细胞膜以及 膜融合过程 该工作 2014 年发表在 Cell Research 发现 Rab5 介导的膜内吞在轴突生长锥塌缩和成束化中的作用 轴突导向受到各种吸引或排斥因子的调控 作为一种轴突排斥因子 Sema3A 诱导轴突生长椎塌缩 最近发现 Rab5 介导的膜内吞在生长椎塌缩 皮层神经元投射以及胼胝体轴突成束化中的作用 Rab5 通过 效应分子 Rabaptin-5 与 Sema3A 受体 Plexin-A1 发生相互作用 Rabaptin-5 以及鸟嘌呤交换因子 Rabex-5 介 2014 年度报告 27

28 神经科学国家重点实验室 导 Sema3A 对 Rab5 的活化 下调 Rab5 或 Rabaptin-5 导致皮层神经元的错误投射并影响胼胝体轴突成束化 小调或阻断 Sema3A 信号通路产生类似效应 该效应能被 Rabaptin-5 或 Rab5 挽救 因此 该研究鉴定了 Sema3A 一个新的信号通路并揭示了内吞体系统在轴突导向和模式化中的作用 该工作 2014 年发表在 Science Signaling 发现细胞凋亡相关蛋白酶 caspase-3 在突触消除中的作用 在神经发育的早期 往往形成冗余的错误突触连接 随着发育的进程 这些错误的连接大多被消除 该过程对于神经环路和神经网络的精细化至关重要 利用神经肌肉接头 Neuromuscular Junction, NMJ 为 模型 我们对该问题进行了深入研究 以往的研究表明来自运动神经元的聚集素 agrin 和神经递质乙酰 胆碱 ACh 分别作为突触稳定因子和消散因子来发挥作用 但二者如何相互拮抗尚不清楚 最近 他们 发现细胞凋亡蛋白酶 Caspase-3 在 NMJ 的突触后乙酰胆碱受体 AChR 的聚集体 cluster 消散过程中发 挥重要作用 首先 他们发现胆碱能激动剂能够引起肌肉细胞 Caspase-3 的局部激活 但不足以引起细胞凋 亡 聚集素则抑制 Caspase-3 进而 发现抑制或下调 Caspase-3 在培养细胞或小鼠中能稳定 AChR 聚集体 有趣的是 他们发现 Wnt 信号系统的重要蛋白 Dishevelled Dvl 是 Caspase-3 的底物 阻断 Dishevelled 的 剪切也能稳定突触结构 进一步 他们发现聚集素通过热休克蛋白 90 HSP90 来抑制 Caspase-3 从而稳 定突触结构 该项研究揭示了 Caspase-3 在神经发育过程中的新功能 对神经连接的精细化调控分子机理的 了解有重要意义 该工作 2014 年发表在 Developmental Cell 并被同期专文评述 图 2. Caspase-3 在神经活动依赖的突触消除中的作用 A. NMJ 发育过程 中的突触消除 B. ACh 激活肌肉细胞 Caspase-3 造成 Dvl 的剪切 干扰 agrin/musk 信号通路 最终引起 AChR 聚集体的消散 聚集素 (agrin) 通 过 HSP90 抑制 Caspase-3 从而稳定突触结构 发表论文 1. Wu, K.Y., He, M., Hou, Q.Q., Sheng, A.L., Yuan, L., Liu, Y., Liu, W.W., Li, G., Jiang, X.Y., Luo, Z.G.* (2014) Semaphorin-3A activates the guanosine triphosphatase Rab5 to promote growth cone collapse and callosal axon projection. Sci. Signal. 7, ra Xu, X.H., Deng, C.Y., Liu Y., He, M., Peng, J., Wang, T., Yuan, L., Zheng, Z.S., Blackshear, P.J & Luo, Z.G.* (2014) MARCKS regulates membrane targeting of Rab10 vesicles to promote axon development. Cell Res. 24: Wang, J.Y., Chen, F., Fu, X.Q., Ding, C.S., Zhou, L., Zhang, X.H. & Luo, Z.G.* (2014) Caspase-3 cleavage of disheveled induces elimination of postsynaptic structures. Dev. Cell 28: (Highlighted by Preview in Developmental Cell 28, ). 4. Deng, C.Y., Lei, W.L., Xu, X.H., Ju, X.C., Liu, Y. & Luo, Z.G.* (2014) Jip1 mediates anterograde transport of Rab10 cargos during neuronal polarization. J. Neurosci. 34: Wang, J.Y., Luo, Z.G.* (2014) Non-apoptotic role of caspase-3 in synapse refinement. Neurosci. Bull. 30: (Perspective) 年度报告

29 State Key Laboratory of Neuroscience 蒲慕明 神经可塑性研究组 研究目标 在大脑发育过程中 由外界信息输入而引起的特定模式神经元活动能特异地 改变特定的神经环路的结构和功能 这也是大脑学习和记忆的基础 我们研究组 致力于研究神经环路可塑性及其细胞分子机制以及神经可塑性在形成大脑功能中 的作用 以求进一步了解大脑的发育和功能 并为神经系统疾病的诊疗提供依据 1 神经元突触结构动态性 2 大脑皮层学习与记忆的神经机制 3 帕金森症及深部脑刺激治疗的神经机制 4 运动学习的神经机制 5 视皮层细胞感受野的形成机制 研究进展 蛋白激酶 LKB1 调控成年海马新生神经元的极性树突形成 在哺乳动物海马齿状回结构中 颗粒细胞持续不断的产生 这种成年新生的神经元在记忆的形成和情绪的调控中均发挥重要 作用 颗粒细胞具有经典的双极性结构 这种极性形态对于神经 元的信号传导和环路整合至关重要 然而人们对于神经元 特别 是成年新生神经元 树突和轴突极性发育的细胞分子机制还不甚 了解 我们运用在体定点注射逆转录病毒操作 荧光标记成年小 鼠海马齿状回区域的新生颗粒细胞并双向改变标记神经元中蛋白 激酶 LKB1 的表达水平 发现特异性敲除蛋白激酶 LKB1 或者过 表达激酶失活形式的 LKB1 都能破坏成年新生颗粒细胞中树突 数目的唯一性和树突朝向分子层生长的方向选择性 造成树突从 颗粒细胞的胞体上多点起始 朝向四面八方发散生长 与这种树 突形态发育异常相伴随 原本聚集于唯一树突底部的高尔基体在 图 A 显示敲除 LKB1 破坏成年新生颗粒细胞中树突的 数目唯一性和方向选择性 图 B 显示敲除 LKB1 破坏 细胞内高尔基体的极性分布 图 C 显示改变高尔基体 结构相关蛋白的表达以破坏高尔基体极性分布 能够 模拟 LKB1 基因敲减所造成的树突发育异常的表型 细胞中不再呈现极性分布 而是弥散分布于细胞胞体四周 另外 我们还发现通过遗传操作改变高尔基体结 构相关蛋白的表达 从而人为破坏高尔基体在成年小鼠海马颗粒细胞中的极性分布 能够模拟 LKB1 基因敲 除所造成的树突发育异常的表型 这项研究揭示出 LKB1 很可能是通过改变高尔基体的不对称性分布 从而 调控树突的极性发生 该项工作已发表于 美国科学院院报 PNAS 大鼠前额页通过在时间维度上伸缩放电模式的方式实现计时功能 时间是客观存在的一个基本维度 认知活动中非常重要的一个方面是对时间的感知 然而目前我们对时 间感知过程中的神经生物学机制却知之甚少 在时间间隔相关的任务中 实验对象必须保持一个从计时开始 提示信号起始的工作记忆来编码时间的推移 并且在到达任务要求时间时 做出必要抉择并执行任务要求的 相应动作 我们知道前额叶皮层在工作记忆和抉择过程中发挥着至关重要的作用 已有的研究工作表明 前 额叶皮层中的神经元表现出与记忆或者抉择相关的活动 然而对于时间间隔在前额叶皮层中是如何编码的这 一问题却没有被很好的解答 我们目前的研究结果表明 在计时过程中 大鼠前额叶皮层中许多神经元的活 动都受到调制 更有趣的是 在包含两个不同时间间隔的计时任务中 单一神经元呈现出相似的活动模式 并且这种活动模式可以在时间维度上被线性拉伸或者压缩来适应行为任务所要求的不同计时长度 在行为任 务中 大鼠计时行为中的偏差也跟神经元活动的变化有关 并且这种变化也符合上述在时间维度上的线性比 2014 年度报告 29

30 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 例 关 系 除 此 之 外, 在 可 卡 因 引 起 的 时 间 感 知 紊 乱 实 验 中, 我 们 也 观 察 到 前 额 叶 皮 层 神 经 元 的 活 动 模 式, 在 时 间 维 度 上 被 线 性 压 缩 的 现 象 综 上 所 述, 我 们 的 研 究 表 明, 前 额 叶 皮 层 神 经 元 的 活 动 模 式 可 以 在 时 间 维 度 上, 以 计 时 时 间 为 比 例 因 子 被 线 性 的 拉 伸 或 压 缩, 并 且 这 种 比 例 模 型 可 能 是 与 时 间 隔 间 相 关 的 计 时 行 为 中 普 遍 存 在 的 一 个 规 则 该 项 工 作 已 发 表 于 美 国 科 学 院 院 报 (PNAS) Sirt1 抑 制 成 年 海 马 神 经 干 细 胞 的 自 我 更 新 成 年 神 经 干 细 胞 自 我 更 新 与 分 化 的 平 衡 对 于 成 年 动 物 大 脑 中 神 经 干 细 胞 库 的 维 持 以 及 新 生 神 经 元 的 持 续 供 应 是 至 关 重 要 的, 但 是 对 于 这 一 平 衡 是 如 何 精 细 调 控 的, 目 前 知 道 的 并 不 十 分 清 楚 基 于 此, 我 们 的 工 作 研 究 了 一 个 重 要 的 代 谢 状 态 感 应 因 子 和 表 观 遗 传 学 抑 制 因 子 Sirt1 对 于 成 年 小 鼠 海 马 神 经 发 生 的 调 控 作 用 我 们 发 现 在 成 年 海 马 神 经 干 细 胞 的 分 化 过 程 中 SIRT1 的 表 达 水 平 逐 渐 增 加 在 Sirt1 全 身 性 敲 除 大 脑 特 异 性 敲 除 以 及 可 诱 导 的 干 细 胞 特 异 性 敲 除 小 鼠 中, 在 体 成 年 干 细 胞 的 增 殖 分 裂 能 力 显 著 提 高 Sirt1 敲 除 的 体 外 培 养 的 神 经 球 中, 成 年 干 细 胞 的 增 殖 分 裂 能 力 也 显 著 提 高 而 SIRT1 的 激 活 剂 处 理 的 神 经 球 中, 干 细 胞 的 分 裂 能 力 则 显 著 下 降 2- 脱 氧 -D- 葡 萄 糖 诱 导 的 代 谢 压 力 抑 制 了 体 外 培 养 的 干 细 胞 的 增 殖, 这 一 作 用 一 定 程 度 上 是 通 过 激 活 了 SIRT1 的 活 性 而 实 现 的 通 过 对 体 外 培 养 的 神 经 球 进 行 基 因 芯 片 和 生 化 分 析, 我 们 发 现 在 成 年 干 细 胞 中 SIRT1 对 于 Notch 信 号 通 路 有 抑 制 作 用 通 过 gamma- 分 泌 酶 抑 制 Notch 信 号 通 路 可 以 很 大 程 度 上 阻 断 由 Sirt1 敲 除 所 引 起 的 干 细 胞 增 殖 功 能 的 增 强 因 此, 这 些 发 现 表 明 SIRT1 对 于 成 年 神 经 干 细 胞 的 自 我 更 新 是 一 个 重 要 的 调 控 因 子, 同 时, 它 也 是 代 谢 状 态 调 控 成 年 神 经 干 细 胞 功 能 的 一 个 潜 在 的 介 导 因 子 该 项 工 作 的 论 文 已 经 被 发 育 (Development) 杂 志 接 收 自 分 泌 BDNF 在 成 年 新 生 海 马 神 经 元 树 突 发 育 中 的 作 用 成 年 海 马 齿 状 回 新 生 颗 粒 细 胞 树 突 和 轴 突 的 发 育 对 于 新 生 神 经 元 整 合 到 已 有 的 海 马 神 经 回 路 中 起 着 至 关 重 要 的 作 用, 但 是 调 控 新 生 颗 粒 细 胞 树 突 和 轴 突 发 育 的 分 子 机 制 并 不 清 楚 利 用 逆 转 录 病 毒 介 导 的 基 因 转 染, 我 们 研 究 了 脑 源 性 神 经 生 长 因 子 (BDNF) 在 成 年 新 生 颗 粒 细 胞 树 突 和 轴 突 发 育 中 的 作 用 研 究 发 现, 在 新 生 颗 粒 细 胞 中 敲 除 或 过 表 达 BDNF 分 别 使 得 树 突 的 生 长 减 慢 或 加 快 BDNF 对 于 树 突 发 育 的 作 用 主 要 是 由 于 自 分 泌 的 BDNF 而 非 旁 分 泌 的 BDNF 这 是 因 为 在 只 有 新 生 颗 粒 细 胞 中 敲 除 BDNF 所 导 致 的 树 突 发 育 异 常 和 在 整 个 前 脑 中 敲 除 BDNF( 条 件 性 BDNF 敲 除 小 鼠 ) 所 导 致 的 树 突 发 育 异 常, 程 度 上 类 似 同 时, 如 果 在 条 件 性 BDNF 敲 除 小 鼠 中 的 成 年 新 生 颗 粒 细 胞 中 选 择 性 的 表 达 BDNF( 模 拟 自 分 泌 的 BDNF), 可 以 弥 补 由 BDNF 缺 失 所 导 致 的 树 突 发 育 异 常 除 此 之 外, 新 生 海 马 颗 粒 细 胞 正 常 树 突 棘 的 发 育 和 兴 奋 性 突 触 后 蛋 白 PSD-95 的 表 达 也 需 要 自 分 泌 来 源 的 BDNF 参 与 因 此, 成 年 新 生 海 马 颗 粒 细 胞 自 身 分 泌 的 BDNF 通 过 作 用 于 自 身, 在 树 突 发 育 中 发 挥 着 极 其 重 要 的 作 用 该 项 工 作 已 经 投 稿 到 神 经 科 学 杂 志 (Journal of Neuroscience) 发 表 论 文 1. Ma, C.-y., Yao, M.-j., Zhai, Q.-w., Jiao, J.-w., Yuan, X.-b., and Poo, M.-m.*. (2014) Sirt1 suppresses selfrenewal of adult hippocampal neural stem cells. Development in pressed. 2. Xu, M., Zhang, S.-y., Dan, Y., Poo, M.-m.*. (2014) Representation of interval timing by temporally scalable firing patterns in rat prefrontal cortex. PNAS 111(1): Huang, W., She, L., Chang, X.-y., Yang, R.-r., Wang, L., Ji H.-b., Jiao, J.-w., Poo, M.-m.*. (2014) Protein kinase LKB1 regulates polarized dendrite formation of adult hippocampal newborn neurons. PNAS 111(1): 年 度 报 告

31 State Key Laboratory of Neuroscience 王 伟 视 知 觉 机 制 研 究 组 研 究 目 标 灵 长 类 视 觉 系 统 通 常 可 被 描 述 为 一 个 从 视 网 膜 出 发, 从 低 级 到 高 级, 由 各 个 不 同 等 级 的 视 觉 脑 区 组 成 的 层 级 环 路 结 构 此 环 路 中 每 级 脑 区 对 外 部 视 觉 世 界 的 抽 提 和 表 征 的 复 杂 程 度 逐 步 提 高 灵 长 类 初 级 和 次 级 视 皮 层 (V1 和 V2) 由 于 具 有 较 小 的 时 空 整 合 感 受 野, 偏 好 对 局 部 视 觉 信 息 或 元 素 起 反 应 而 从 较 高 级 视 觉 脑 区 V4 和 MT/MST 开 始, 神 经 元 均 具 有 较 大 的 感 受 野, 具 备 整 合 较 大 视 野 内 的 视 觉 元 素 和 信 息, 从 而 完 成 整 体 物 体 视 觉 感 知 和 认 知 功 能 但 是, 视 觉 系 统 将 局 部 的 刺 激 特 征 整 合 成 为 整 体 表 征 的 神 经 机 制, 即 整 体 视 觉 认 知 和 感 知 是 如 何 从 简 单 视 觉 元 素 和 构 成 部 件, 一 步 步 逐 级 跨 不 同 视 觉 脑 区 整 合 抽 提 而 来, 这 一 视 觉 科 学 研 究 的 中 心 问 题, 至 今 不 清 楚 本 课 题 组 通 过 对 多 种 视 觉 错 觉 和 整 体 运 动 感 知 的 研 究, 探 索 大 脑 不 同 视 皮 层 区 域 是 如 何 分 工 协 作 对 视 觉 信 息 进 行 加 工 和 处 理 的, 揭 示 灵 长 类 视 觉 系 统 从 局 部 到 整 体 的 视 知 觉 整 合 脑 机 制 研 究 进 展 人 视 盘 盲 区 鼻 颞 侧 非 对 称 颜 色 填 补 现 象 (Asymmetrical Color Filling in of the blind spot) 视 乳 头 位 于 视 网 膜 黄 斑 区 鼻 侧 大 约 3mm 处, 直 径 约 1.5mm, 呈 圆 盘 状 视 乳 头 也 称 为 视 盘, 是 视 神 经 纤 维 聚 合 组 成 视 神 经 的 起 始 端 由 于 视 盘 没 有 视 细 胞, 因 而 没 有 视 觉, 是 视 野 中 的 生 理 盲 点 但 是 我 们 在 日 常 生 活 中 并 没 有 感 觉 到 该 盲 区 的 存 在, 这 是 由 于 视 盘 周 围 视 野 中 的 景 象 填 补 到 视 盘 对 应 的 盲 区 中, 这 一 过 程 被 称 为 视 觉 填 补 (filling in) 视 觉 填 补 的 中 枢 脑 机 制 至 今 不 清 楚 利 用 对 称 的 围 绕 视 盘 的 双 色 圆 环 刺 激, 我 们 的 认 知 心 理 学 研 究 发 现, 视 盘 颜 色 填 补 在 鼻 颞 侧 视 野 是 非 对 称 的, 鼻 侧 视 野 对 视 盘 盲 区 的 填 补 要 远 大 于 颞 侧 视 野, 而 视 盘 的 上 下 视 野 对 视 盘 盲 区 的 填 补 则 是 对 称 的 进 一 步 的 研 究 发 现, 该 非 对 称 性 与 鼻 颞 侧 视 野 在 皮 层 的 不 同 放 大 因 子 密 切 相 关, 即 放 大 因 子 和 视 野 在 视 皮 层 相 对 应 的 代 表 区 域 越 大, 视 觉 填 补 的 程 度 越 大 该 结 果 对 探 索 视 觉 填 补 的 视 皮 层 脑 机 制, 具 有 指 导 意 义 Pinna Illusion 感 知 的 大 脑 神 经 机 制 Pinna 旋 转 错 觉 为 研 究 局 部 到 整 体 的 整 合 过 程 提 供 了 很 好 的 视 觉 刺 激 我 们 首 先 通 过 心 理 物 理 的 实 验 为 核 磁 共 振 扫 描 确 定 最 佳 的 实 验 参 数, 然 后 利 用 fmri 技 术, 系 统 地 研 究 真 实 和 错 觉 旋 转 在 人 类 大 脑 V1 V2 和 V4 及 其 他 包 括 MT,MST 等 在 内 的 人 脑 各 级 视 区 中 的 激 活 情 况 并 比 较 其 异 同, 揭 示 Pinna 错 觉 主 要 激 活 人 类 大 脑 MST 脑 区 研 究 论 文 在 J Neurophysiology 修 稿 中 后 续 的 清 醒 猴 电 生 理 记 录, 正 在 进 行 中 自 然 界 动 物 伪 装 运 动 感 知 的 早 期 视 皮 层 V1,V2 和 V4 区 的 脑 机 制 人 类 和 非 人 类 灵 长 类 动 物 很 难 检 测 到 和 识 别 与 周 边 环 境 混 为 一 体 的 伪 装 动 物, 但 是 当 伪 装 动 物 运 动 时, 则 相 对 容 易 被 发 现 然 而 人 们 往 往 首 先 感 知 到 的 是 伪 装 动 物 的 运 动 信 息, 然 后 才 是 伪 装 动 物 的 识 别 灵 长 类 动 物 视 皮 层 检 测 和 识 别 伪 装 的 动 物 运 动 的 神 经 机 制 至 今 不 清 楚 利 用 内 源 性 光 学 成 像 技 术 和 群 体 细 胞 时 空 能 量 模 型 计 算 机 模 拟, 我 们 研 究 了 猕 猴 V1,V2 和 V4 群 体 神 经 元 对 模 拟 伪 装 动 物 运 动 的 视 觉 刺 激 反 应 研 究 发 现, 伪 装 的 动 物 在 低 速 运 动 时, 其 运 动 方 向 的 信 号 是 由 视 皮 层 方 位 和 方 向 选 择 性 神 经 元 同 时 加 工 处 理 的, 而 在 高 速 运 动 时, 这 些 神 经 元 则 编 码 伪 装 的 动 物 运 动 所 产 生 的 运 动 轨 迹 信 号 在 群 体 细 胞 反 应 水 平 上, 2014 年 度 报 告 31

32 神经科学国家重点实验室 没有发现这些视觉皮层对由运动定义的轮廓或边界起反应 这些结果表明 灵长类 V1 V2 和 V4 提供了运动信号的快速处理机制 该机制与时空线性 滤波器的机制是一致的 而伪装动物的识别最大的可能发生在腹侧视觉通 路的后期阶段 两篇研究论文在投稿中 猕猴 V4 视区对真实和错觉轮廓方位感知不变性的加工处理 前人的研究表明 大脑对错觉轮廓和错觉图形的处理可能是一个涉 及腹侧视觉通路多级脑区的复杂整合过程 本研究组前期工作 (Pan et al., 2012) 表明, 在群体和单个神经元水平上 腹侧视觉通路中 V4 视区是对错 觉轮廓和真实轮廓进行方位感知不变性表征的重要视区 通过对清醒猕猴 视皮层 V1 V2 和 V4 三个脑区同时电生理单细胞记录 研究了不同视区对 真实轮廓与错觉轮廓朝向反应的感知不变性神经整合机制 研究发现 早 期视皮层 V1 和 V2 区神经元 在视野空间上的共线性输入整合 可能是 V4 视区神经元表征整体轮廓的神经机制 视皮层第 6 层对丘脑外侧膝状体神经元感受野的反馈调节作用 如何有效分离视皮层第 6 层神经元的反馈调节 并研究其与视皮层神 经元反应特性的关联性 是视觉研究是一项重大挑战 通过微电泳 GABAB 受体拮抗剂 局部增强猫视觉皮层 V1 第 6 层群体细胞的反应 即一个方位 选择性功能柱的局部区域内 我们研究了背外侧膝状核 外膝体 单个细 胞的二维空间结构和反应增益的变化 研究发现 这种局部增强的视皮层 第 6 层反馈输入, 可以促进或抑制的外膝体神经元的视觉反应 受调制的外 膝体神经元的感受野 存在视网膜空间位置的拓扑特异性 与视皮层神经 元的方位朝向密切相关 此外 局部增强的视皮层反馈调节还造成了外膝 体神经元感受野的增大 缩小或感受野中心的漂移 这些结果表明 视皮 层第 6 层反馈神经元 可以根据视皮层神经元的视觉偏好特征 调节丘脑 神经元的反应增益和空间滤波特性 因此 通过丘脑 视皮层 丘脑神经 环路 V1 第 6 层反馈神经元可以动态调节与视皮层神经元反应特性相关联的视觉信息从丘脑流向视皮层 从而动态地适应不断变化的视觉环境和视觉任务 研究论文在投稿中 发表论文 1. Zhang, X., An, X., Liu, H., Peng, J., Cai, S., Wang, W., Lin, D., and Yang, Y.* (2014) Topographical arrangement of spatial resolution towards lower and upper visual fields in mouse V1. Scientific Reports, accepted. 2. An, X., Gong, H., Yin, J., Wang, X., Pan, Y., Zhang, X., Lu, Y., Yang, Y., Toth, Z., Schiessl, I., Mcloughlin, N., and Wang, W.* (2014) Orientation-cue invariant population responses to contrast-modulated and phasereversed contour stimuli in macaque V1 and V2. PLoS One 9: e Li, H., Luo, J., Lu, Y., Kan, J., Spillmann, L. and Wang, W.* (2014) Asymmetrical color filling-in from the nasal to the temporal side of the blind spot. Front. Hum. Neurosci. 8:534. doi: /fnhum An, X., Gong, H., McLoughlin, N., Yang, Y. *, and Wang, W. * (2014) The mechanism for processing random-dot motion at various speeds in early visual cortices. PLoS One 9: e 年度报告

33 State Key Laboratory of Neuroscience 王以政 神经信号转导研究组 研究目标 阿尔茨海默病 (Alzheimer disease AD) 是老年人中致痴呆的最常见疾病 AD 表现为认知功能恶化 生活自理能力减退 并有神经精神症状和行为障碍 目前关于 AD 的早期诊断和治疗 尚缺乏有效手段 AD 诊断的金标准是患者死后脑组织病理检查 临床诊断上主要依靠简明精神 状态量表 (MMSE) 等检查患者认知水平 MMSE 特异性和敏感度有限 不能诊断 出早期 AD 患者 可能会错过了治疗的最佳时期 因此有必要寻找 AD 的生物标记 物来弥补 MMSE 等的不足 关于 AD 的治疗 目前的主流假说认为 Aβ 过多是 AD 的重要致病因素之一 Aβ 的产生依赖于 APP 被 γ 分泌酶的切割 因此 γ 分泌酶是一个重要的药物靶点 但由于 γ 分泌酶在细胞内有 90 多种底物 抑制 γ 分泌酶可能阻止其他底物发挥正常功能 进而产生其它副作用 因而如何特异抑制 γ 分泌酶切割 APP 但不 影响其切割其它底物是一个重要研究方向 本实验室的基础工作意外的发现提示我们的结果可能有助于 AD 的诊断和治疗 我们发现 AD 患者的 外周血细胞的 TRPC6 mrna 水平显著低于对照组 另外 TRPC6 影响了 γ 分泌酶对 APP 的切割 却不影 响其切割其他底物 研究进展 AD 患者外周血细胞的 TRPC6 mrna 水平显著低于年龄匹配的非 AD 对照组 为了探究 TRPC6 与 AD 是否存在一定的关联 我们收集了散发性 AD 患者 (n=29 平均年龄 =80.5±5.7) 年龄匹配的非 AD 对照 (n=14 平均年龄 =77.1±8.3) 和年轻的非 AD 对照 (n=20 平均年龄 =57.5±5.4) 的血液 样品并用实时定量 PCR 检测了 TRPC6 mrna 水平 结果显示 AD 患者的外周血细胞的 TRPC6 mrna 水平 显著低于年龄匹配的非 AD 对照组 ( 图 1a) 但在年龄匹配和年轻的非 AD 对照这两组之间 TRPC6 mrna 水平没有明显区别 ( 图 1a) TRPC5 是 TRPC 家族的另一个成员分子 其 mrna 水平在这三组之间没有明显 差别 ( 图 1b) 这些结果初步提示 TRPC6 可能 AD 发病有一定的关系 图 1. AD 病人外周血细胞 TRPC6 mrna 水平显著低于对照组 a. 与年龄匹配的非 AD 对照组相比 AD 病人的外周血细胞 TRPC6 mrna 水平显著较低 ( 平均值 ± 标 准误 **P<0.01 n=14-29) 而 TRPC6 mrna 水平在年龄匹配的非 AD 对照组和 年轻的非 AD 对照组之间则没有差异 ( 平均值 ± 标准误 n=14-20) b. 外周血细胞 的 TRPC5 mrna 水平在 AD 组 年龄匹配的非 AD 对照组和年轻的非 AD 对照组 之间没有显著差异 ( 平均值 ± 标准误 n=14-29) APP/PS1 小鼠的神经元中过表达 TRPC6 可以减少老年斑沉积和 Aβ 水平 为了研究 TRPC6 是否能够调控 Aβ 水平 我们把在前脑兴奋性神经元过表达 TRPC6 的转基因小鼠和 AD 的模型小鼠 APP/PS1 小鼠交配 在子代的 APP/PS1 和 APP/PS1/TRPC6 小鼠中检测老年斑 ( 图 2a,b) 和 Aβ 水平 ( 图 2c,d,e) 结果显示 APP/PS1/TRPC6 小鼠脑切片的皮层和海马区域老年斑沉积明显少于 APP/ PS1 小鼠 (n=11 图 2b) 我们用 ELISA 检测 GuHCL 提取的前脑总 Aβ 水平 发现 APP/PS1/TRPC6 小鼠明 2014 年度报告 33

34 神经科学国家重点实验室 显低于 APP/PS1 小鼠 (n=14 图 2c) 同时我们检测了 TBST 可溶和不溶的 Aβ 水平 发现 APP/PS1/TRPC6 小鼠也要明显低于 APP/PS1 小鼠 (n=13-14 图 2d,e) 这些结果表明 神经元中过表达 TRPC6 可以在 APP/ PS1 小鼠中降低老年斑沉积和 Aβ 水平 图 2. APP/PS1 小鼠中过表达 TRPC6 减少了 Aβ 水平 a. APP/PS1 和 APP/PS1/TRPC6 小 鼠脑片用 Aβ 抗体进行老年斑染色的代表图 标尺 =500 um b. 老年斑沉积的定量分 析显示 APP/PS1/TRPC6 小鼠脑片的老年斑面积的百分比要显著低于 APP/PS1 小鼠 ( 平均值 ± 标准误 *P<0.05 n=11) c-e. ELISA 结果显示 APP/PS1/TRPC6 小鼠的总 Aβ(c) TBST 可溶 (d) 和不溶 (e) Aβ 水平都要显著低于 APP/PS1 小鼠 ( 平均值 ± 标准误 *P<0.05 **P<0.01 n=13-14) TRPC6 减少 γ 分泌酶切割 APP 但不影响其切割其他底物 接下来我们研究了 TRPC6 如何降低 Aβ 我们检测了 TRPC6 是否影响了 γ 分泌酶切割 C99(APP 的 C 端 99 个氨基酸 是 γ 分泌酶的直接底物 可被切割产生 Aβ 和 AICD) 结果表明 COS7C99 稳转细胞系中 过表达 TRPC6 可以明显降低 Aβ40 和 Aβ42(n=4-5 图 3a) 而且 HEK293C99 细胞中过表达 TRPC6 减少 AICD 的产生 (n=3 图 3b,c) 这些结果表明 TRPC6 抑制了 γ 分泌酶对 APP(C99) 的切割 之后我们研究了 TRPC6 是否影响了 γ 分泌酶的整体活性 这也是目前临床上 γ 分泌酶抑制剂所碰到 的主要问题 在体外荧光底物切割实验中 TRPC6 并不影响 HEK293APP 细胞所提取的 γ 分泌酶膜组分的 活性 (n=3-5 图 3d) 说明 TRPC6 不抑制 γ 分泌酶的整体酶活 γ 分泌酶在细胞中的底物除了 APP 外 还 有包括 Notch E-/N-Cadherin 在内的 90 多种 接下来我们检测了 TRPC6 是否影响 γ 分泌酶切割 Notch Notch E 是 γ 分泌酶的直接底物 其被切割产生 NICD(Notch intra-cellular domain) 结果显示 在 HEK293APP 细胞中表达 Notch E-myc 过表达 TRPC6 不会改变由 Notch E-myc 被 γ 分泌酶切割产生的 NICD 水平 (n=4 图 3e,f) 即 TRPC6 不影响 γ 分泌酶对 Notch 的切割 进一步 我们检测了 TRPC6 是否 影响 γ 分泌酶切割 E-/N-Cadherin E-/N-Cadherin 在细胞中首先被 α 分泌酶切割产生 CTF1(C-terminal fragment 1) CTF1 进一步被 γ 分泌酶切割产生 CTF2 HEK293APP 细胞中过表达 TRPC6 不影响 E-/N-Cadherin 的 CTF1 被切割产生 CTF2 的量 (n=3-4 3g,h) 说明 TRPC6 不抑制 γ 分泌酶切割 E-/N-Cadherin 这些结果 表明 TRPC6 可以特异地抑制 γ 分泌酶切割 APP(C99) 从而减少 Aβ 的产生 同时却不影响其切割其他底物 因而可能可以避免临床上 γ 分泌酶抑制剂所带来的毒副作用 图 3. TRPC6 抑 制 γ 分 泌 酶 切 割 APP(C99) 却 不 影 响 其 切 割 其 他 底 物 a. ELISA 结 果 显 示 COS7C99 稳 定 细 胞 中 过 表 达 TRPC6 降 低 了 Aβ 水 平 ( 平均值 ± 标准误 **P<0.01 n=4-5) b-c. 免疫印迹和统计结果显 示 HEK293C99 细胞中过表达 TRPC6 减少了 γ 分泌酶切割 C99 产生的 AICD 水平 ( 平均值 ± 标准误 *P<0.05 n=3) d. γ 分泌酶体外荧光底 物切割实验表明 过表达 TRPC6 不影响 HEK293APP 细胞中 γ 分泌酶 的活性 ( 平均值 ± 标准误 n=3-5) e-f. 免疫印迹和统计结果表明 HEK293APP 细胞中过表达 TRPC6 不影响 γ 分泌酶切割 Notch E-myc 而产 生的 NICD 的量 ( 平均值 ± 标准误 n=4) g-h. 免疫印迹和统计结果表 明 HEK293APP 细胞中过表达 TRPC6 不影响 γ 分泌酶切割 E-/N-Cadherin 的 CTF1 产生 CTF2 的量 ( 平均值 ± 标准误 n=3-4) 年度报告

35 State Key Laboratory of Neuroscience 王佐仁 神经环路与动物行为研究组 研究目标 本课题组以果蝇与大鼠为模式动物 研究不同感觉系统如何感受和处理外界 信息的神经机制 目标是阐明神经环路如何控制和调节动物行为的机理以及从神 经环路层次上来理多模态感觉信息整合的机制 在果蝇研究方面 本组研究采用 分子遗传 电生理 钙成像和行为学研究相结合的方法 从机械感受和化学感受 系统的外周向中枢逐级解析神经环路 并且探索感觉信息传递过程与行为的关系 在大鼠研究方面 本组主要采用多通道电极在体纪录和动物行为学等方法研究哺乳动物脑内嗅觉信息传递 的精细途径 嗅觉和其它感觉信息整合的机制, 嗅觉注意的神经机制 以期发现其中的内在规律, 揭示感知 功能的神经机制 研究进展 果蝇嗅觉神经环路的研究进展 动物利用它们的感觉系统检测外界环境中的信息 嗅觉是动物的 一种重要的感觉 它负责感受外界环境中的气味信号 其包含了成千 上万种挥发性化学分子 动物的嗅觉系统如何识别这么多的气味分子 以及处理如此复杂的气味信息是一个重要的神经科学问题 果蝇的嗅 觉系统为回答这个问题提供了一个理想的研究体系 因为它与哺乳动 物嗅觉系统有相似的组织结构 但与之相比又更简约 果蝇的外周嗅 觉器官 触角和附须接受到环境中的化学信号后 将其转换为嗅觉神 经信号并向二级结构 触角叶 哺乳动物对应的结构称为嗅球 传递 触角叶通过至少两条不同的途径将信息向更高级的脑区传递 一条是 兴奋性的胆碱能投射神经元 mpn 途径 另一条是抑制性的 GABA 能投射神经元 (mlpn) 途径 本课题采用果蝇转基因操作 精密控制 图 1. 兴奋性胆碱能投射神经元途径 (mpn) 和抑制 性的 GABA 能投射神经元途径 (mlpn) 协同工作 抑制的异常的嗅觉行为的发生的模式图 的光遗传学刺激 双色钙成像和在体电生理记录等技术 研究果蝇嗅 觉信息从外周向高级中枢传递中的不同投射途径 揭示了果蝇脑内嗅觉信息加工的一种神经环路机制 胆 碱能投射神经元和 GABA 能投射神经元都接受来自一级神经元的输入 但是具有不同的选择性和反应特征 胆碱能投射神经元 GABA 能投射神经元和局部中间神经元三者通过化学突触和电突触在触角叶内形成一 个电偶联的网络 这种电偶联网络对于嗅觉信号的识别与加工至关重要 此外 更高级脑区中的一些神经 细胞会接收胆碱能投射神经元与 GABA 能投射神经元的共同作用 兴奋性的胆碱能投射神经元途径和抑制 性的 GABA 能投射神经元途径的协同工作 保证了果蝇能够正常处理外界的嗅觉信息 也抑制了异常的嗅 觉行为的发生 研究工作于 2014 年 2 月 25 日 在 美国国家科学院院刊 PNAS USA 上发表 2014 年度报告 35

36 神经科学国家重点实验室 果蝇触觉神经环路的研究进展 为了以果蝇为模式动物来研究嗅觉和触觉整合的机制 我们首先要对嗅觉通路和触觉通路都单独了解 清楚 因此 我们对触觉的神经机制进行了进一步的深入研究 我们发现在果蝇幼虫体表的触觉神经元中 一种的离子通道 PPK26 对伤害性机械感受取到重要作用 这些成果 对理解触觉神经机制提供了新的重要 线索 也为将来研究触觉与嗅觉的跨模态整合打下了基础 研究工作将于 2014 年 11 月 6 日 在 细胞报告 Cell Reports 上发表 图 2. 果蝇幼虫体表多树突感觉神经员中的 PPK, PPK26 在伤害性机械 感受中发挥重要作用 发表论文 1. Wang, K., Gong, J., Wang, Q., Li, H., Cheng, Q., Liu, Y., Zeng, S., and Wang, Z.* (2014) Parallel pathways convey olfactory information with opposite polarities in Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 111: Guo, Y., Wang, Y., Wang, Q., and Wang, Z.* (2014) The role of PPK26 in Drosophila larval mechanical. Cell Reports 9, 1 8 (November 20, 2014) 年度报告

37 State Key Laboratory of Neuroscience 熊 志 奇 疾 病 神 经 生 物 学 研 究 组 研 究 目 标 脑 发 育 性 疾 病 是 一 类 由 大 脑 发 育 缺 陷 导 致 的 疾 病, 表 现 为 情 感 认 知 和 运 动 等 功 能 的 异 常 实 验 室 研 究 兴 趣 为 脑 发 育 疾 病 的 分 子 和 神 经 环 路 机 制 目 前 研 究 重 点 为 儿 童 智 力 发 育 迟 滞 和 运 动 障 碍 阵 发 性 运 动 诱 发 性 运 动 障 碍 (PKD), 是 发 作 性 运 动 障 碍 中 最 多 见 的 一 种 类 型 起 病 于 6~16 岁 的 儿 童 和 青 少 年 期, 提 示 PKD 的 症 状 与 运 动 相 关 环 路 的 发 育 异 常 有 关 目 前 已 成 功 建 立 PKD 的 小 鼠 和 大 鼠 Prrt2 突 变 模 型, 并 开 始 尝 试 建 立 食 蟹 猴 和 绒 猴 模 型, 为 了 解 PKD 的 神 经 环 路 机 制 提 供 了 基 础 雷 特 综 合 症 (Rett Syndrome) 是 一 种 引 起 先 天 智 障 和 孤 独 症 谱 系 障 碍 的 脑 发 育 疾 病, 为 女 性 智 力 障 碍 的 第 二 大 病 因 我 们 初 步 揭 示 了 非 典 型 性 雷 特 综 合 症 的 致 病 基 因 CDKL5 在 神 经 元 形 态 发 育 和 突 触 建 立 中 的 作 用 和 机 制 目 前 研 究 重 点 集 中 在 以 甲 基 化 修 饰 和 磷 酸 化 修 饰 分 别 对 MeCP2 和 CDKL5 分 子 功 能 的 调 控 作 为 切 入 点 来 阐 明 MeCP2 和 CDKL5 的 活 性 如 何 受 到 精 确 的 调 节, 探 索 雷 特 综 合 症 认 知 功 能 紊 乱 分 子 和 神 经 环 路 机 制 研 究 进 展 大 脑 皮 层 结 构 的 正 常 发 育 依 赖 于 对 有 丝 分 裂 后 神 经 元 的 迁 移 过 程 在 时 间 和 空 间 上 的 精 确 调 控 由 于 遗 传 或 环 境 因 素 引 发 的 迁 移 缺 陷 会 导 致 多 种 大 脑 发 育 畸 形 脑 室 旁 灰 质 异 位 症 (periventricular heterotopia, PH), 表 现 为 迁 移 缺 陷 的 神 经 元 发 生 聚 集, 呈 结 节 状 分 布 于 脑 室 旁 患 者 的 主 要 临 床 表 现 为 出 现 程 度 不 同 的 癫 痫 发 作, 此 外 有 报 道 显 示 一 些 PH 的 患 者 还 伴 随 有 失 读 症 (Dyslexia), 心 血 管 系 统 发 育 异 常, 小 头 畸 形 (microcephaly) 等 一 系 列 临 床 表 现 最 常 见 的 家 族 遗 传 性 PH 由 编 码 细 丝 蛋 白 A(FilaminA,FLNA) 的 基 因 突 变 引 起 FLNA 是 一 种 纤 维 型 肌 动 蛋 白 (F-actin) 的 交 联 蛋 白, 在 细 胞 骨 架 的 重 构 以 及 细 胞 迁 移 过 程 中 发 挥 重 要 的 作 用 已 有 的 研 究 表 明, 过 量 或 不 足 的 FLNA 蛋 白 都 会 影 响 细 胞 的 正 常 迁 移, 提 示 对 FLNA 蛋 白 表 达 水 平 的 精 确 调 控 对 于 细 胞 的 正 常 迁 移 具 有 重 要 意 义 编 码 钙 调 磷 酸 酶 调 节 蛋 白 1(Regulators of calcineurin 1,RCAN1) 的 基 因 位 于 人 类 21 号 染 色 体 上 的 唐 氏 综 合 征 关 键 区 域 (Down Syndrome critical region) 附 近, 该 基 因 的 过 量 表 达 可 能 在 唐 氏 综 合 征 的 发 病 过 程 中 扮 演 重 要 角 色 RCAN1 基 因 由 7 个 外 显 子 组 成, 其 中 外 显 子 1 和 4 分 别 具 有 转 录 的 起 始 位 点, 编 码 产 生 具 有 不 同 N 末 端 和 相 同 C 末 端 的 蛋 白 异 构 体 RCAN1-1 和 RCAN1-4 有 关 RCAN1 的 生 物 学 功 能, 已 有 的 研 究 表 明 RCAN1 蛋 白 可 以 直 接 与 钙 调 磷 酸 酶 (calcineurin) 结 合, 参 与 调 控 calcineurin 的 磷 酸 酶 活 性 但 是 具 体 的 调 控 方 式 目 前 还 不 清 楚 RCAN1 广 泛 表 达 在 发 育 以 及 成 熟 的 大 脑 中, 其 表 达 的 过 量 或 缺 失 都 会 导 致 大 脑 功 能 的 异 常 如 在 Rcan1 过 量 表 达 的 小 鼠 中, 海 马 的 体 积 减 小, 海 马 区 锥 体 神 经 元 的 树 突 棘 减 少, 与 海 马 相 关 的 学 习 与 记 忆 功 能 受 损 在 Rcan1 敲 除 的 小 鼠 中, 晚 时 相 长 时 程 增 强 (L-LTP) 不 能 维 持, 小 鼠 的 学 习 与 记 忆 能 力 受 损 此 外, 还 有 研 究 表 明 Rcan1 参 与 调 控 神 经 细 胞 囊 泡 的 胞 吐 过 程 有 关 Rcan1 在 大 脑 功 能 的 研 究 多 集 中 在 成 年 期 虽 然 Rcan1 在 大 脑 发 育 过 程 中 也 有 表 达, 但 是 对 2014 年 度 报 告 37

38 神经科学国家重点实验室 Rcan1 在大脑发育中的功能的研究却很少 已有的研究结果表明 在小鼠大脑皮层的发育过程中 Rcan1 的 mrna 在富含神经前体细胞的脑室区 ventricular zone 以及富含有丝分裂后神经元的皮层板 cortical plate 区有高表达 提示 Rcan1 可能参与大脑皮层的发育 为此 我们设计了针对 Rcan1 的 shrna 结合 胚胎电转技术敲减大鼠大脑皮层发育过程中 Rcan1 的表达 我们发现敲减 Rcan1 会影响神经前体细胞的增 殖以及有丝分裂后神经元的放射状迁移 并且导致 PH 的发生 图 1 随后 我们对 Rcan1 影响神经元迁 移以及 Rcan1 缺失造成 PH 的机制进行了研究 我们发现 敲减 Rcan1 会引起 FlnA 在 mrna 水平的表达下调 进一步的研究发现由敲减 Rcan1 引起的神经元迁移缺陷可以被过表达 FLNA 所挽救 表明 FlnA 可能介导了 Rcan1 对神经元迁移的调控 图 1. 敲减 Rcan1 导致 PH 的发生 A-B 大鼠大脑皮层冠状切片 显示 Rcan1 敲减组中出现 PH 在胚胎期第 16 天 (E16) 分别将表达 scramble shrna 或 Rcan1 #1 shrna 的质粒和表达 EGFP 的质粒共 转入大鼠脑室区并在出生后第七天 (P7) 进行切片观察 在 Rcan1 敲 减组大鼠的脑室区附近可以观察到 EGFP 阳性的细胞团 这些细胞 团甚至会侵入到海马区 (B-B ) 在对照组中 完整的神经上皮结构 将皮层和海马分隔开 (A 中箭头所示 ) 而在 Rcan1 敲减组中 神 经上皮结构的完整性被细胞团破坏 (B 中箭头所示 ) C 对 (B ) 中方框内区域进行放大观察 可以看到细胞团中的细胞具有神经突 起样的结构 箭头所示 D-O 免疫组化结果显示 细胞团主要 由 NeuN (D-G) 和 GFAP (H-K) 阴性 Doublecortin (L-O) 阳性的细胞 构成 (G ) (K ) 和 (O ) 分别为 (G) (K) 和 (O) 中方框内区域的放 大显示 P-S 免疫组化结果显示细胞团中 EGFP 阳性的细胞不表达 Ki-67 虽然在细胞团所在区域存在 Ki-67 阳性的细胞 R 和 S 中箭 头所示 但是 未观察到 EGFP 阳性细胞与 Ki-67 有共标 图中简 写 CTX 皮层 CA1 CA1 海马 CA1 区域 DG 海马齿状回 Scale bars 200 μm (A-B ) 50 μm (C) 200 μm (D-O) 50 μm (G -O ); 100 μm (P-S) 发表论文 1. Li Y, Wang J, Zhou Y, Li D, Xiong Z-Q*. (2014) Rcan1 deficiency impairs neuronal migration and causes periventricular heterotopia. J. Neurosci. (in press) 年度报告

39 State Key Laboratory of Neuroscience 姚海珊 视觉神经生理学研究组 研究目标 本实验室研究初级视觉通路处理视觉图像的神经机理 感觉经验 脑状态 动物行为状态对视皮层信息处理的影响及其机理 动物在执行视觉任务时视皮层 受到的反馈调节及其机制 以及孤独症谱系障碍类的神经系统疾病中视觉信息处 理异常的神经机理 实验技术包括清醒和麻醉动物的多电极记录 在体膜片钳记录 药理学 免疫组化 神经示踪 光遗传学 小鼠视觉行为学等 研究进展 对比度依赖的暗反应优势有利于视皮层神经元分辨具有自然对比度分布的视觉刺激 最近在猴和猫的电生理研究表明 V1 区偏好暗刺激 OFF-dominant 的神经元多于偏好亮刺激 ONdominant 的神经元 但是 V1 区的暗反应优势与自然刺激的明暗信息分布特征是否有关并不清楚 我们对 自然刺激的 Weber 对比度进行分析 并根据最优化编码自然刺激的假设 预测出神经元具有对比度依赖的 暗反应优势 使用具有不同 Weber 对比度的暗刺激或亮刺激测量 V1 区神经元的感受野 发现群体神经元的 暗反应优势程度随着对比度增大而增强 与最优化编码假设所预测的一致 通过构建暗反应优势和亮反应 优势的感受野模型 发现对比度依赖的暗反应优势有利于神经元更好地分辨具有自然刺激对比度分布的视 觉刺激 图 1 这项工作揭示了 V1 区神经元的暗反应优势在处理自然刺激中的作用 论文发表在 2014 年 的 Eur. J. Neurosci 图 1. V1 区对比度依赖的暗反应优势有利于神经元分辨具有自然对比度分布的刺激 (A) 三种感受野模型 (B) 对比度依赖暗反应 优势的感受野模型的刺激分辨能力高于其它感受野模型 小鼠对不同刺激方位的分辨能力依赖于刺激对比度 最近的电生理研究表明 小鼠 V1 区神经元的方位选择性依赖于刺激对比度 然而 对比度如何影响 小鼠对方位刺激的分辨能力仍然不清楚 我们利用 go/no-go 行为范式训练小鼠分辨两个相互垂直的光栅刺 激 当视觉刺激包含多个对比度时 小鼠分辨刺激方位的正确率在一定对比度范围内随着对比度增加而升 高 但在高对比度 80% 或 100% 时正确率降低 当刺激只包含一个对比度时 小鼠对高对比度刺激的方 位分辨正确率显著高于刺激包含多个对比度时的正确率 提示小鼠对高对比度刺激的方位分辨能力依赖于 刺激对比度跨越的范围 我们在 V1 区进行电生理记录测量神经元在不同对比度和不同方位下的反应 对最 2014 年度报告 39

40 神经科学国家重点实验室 佳和非最佳方位的反应进行 ROC 分析 发现有部分神经元对低或中对比度刺激的分辨能力高于高对比度刺 激 与行为学实验相似 在单一刺激对比度情况下 V1 区神经元对高对比度刺激的方位分辨正确率显著高 于多个刺激对比度情况下的正确率 这些结果表明 小鼠对刺激方位的分辨能力依赖于刺激的对比度 图 2 该现象可能由那些具有对比度依赖的方位分辨能力的 V1 区神经元介导 该论文已投稿 孤独症模型动物 MeCP2 过表达小鼠的 V1 区神经元偏好更高的空间频率 孤独症谱系障碍 autism spectrum disorder, ASD 患者在社会交流方面存在障碍 在感知觉 包括视觉 听觉和多感觉整合等 方面也存在异常 最近的研究发现 孤独症患者比正常人具有更高的视锐度 并且 对高空间频率的光栅刺激具有更高的敏感度 然而 这些视知觉异常的神经机制并不清楚 MeCP2 基因拷 贝的重复可以引起人的智障和孤独症症状 小鼠中过表达 MeCP2 MeCP2Tg1 也可引起类似的神经系统 功能异常 我们在 MeCP2Tg1 小鼠的 V1 区进行电生理记录来研究孤独症视知觉异常的神经机制 相对于 同窝的对照小鼠 MeCP2Tg1 小鼠的 V1 区神经元偏好更高的空间频率 对照小鼠和 MeCP2Tg1 小鼠具有相 似的感受野大小 说明最佳空间频率的差别不是由感受野大小的差别造成的 通过使用 ON 和 OFF 刺激测 量感受野的信噪比 我们发现 MeCP2Tg1 小鼠在 OFF 刺激下的信噪比显著高于对照小鼠 在不同空间频率 刺激下 MeCP2Tg1 小鼠在高空间频率刺激下的信噪比显著高于对照小鼠 我们目前在通过离体脑片电生 理记录来研究 MeCP2 过表达是否影响视皮层 2/3 层和第 4 层神经元的突触传递 图 2. 小鼠对不同方位的分辨能力依赖于刺激对比度 (A) 在多对比度刺激情况下 小鼠在各个对比度的方位分辨能力 (B) 小鼠在 单一对比度和多对比度刺激情况下对 100% 对比度的方位分辨能力 (C) V1 区神经元在方位分辨能力达到最高值时所对应的刺激 对比度 (D) V1 区神经元在单一对比度和多对比度刺激情况下对 100% 对比度的方位分辨能力 发育早期催产素 (oxytocin) 在视皮层信息处理中的作用 最近的研究发现 发育早期的触觉剥夺可以跨模态地降低初级视皮层和听皮层神经元的兴奋性突触传 递 且该跨模态的经验依赖可塑性由下丘脑分泌的催产素 (oxytocin) 介导 我们使用催产素敲除 Oxt-/- 的小鼠来进一步研究催产素对于发育早期的视皮层信息处理的作用 初步数据表明 Oxt-/- 小鼠 P14 V1 区神经元的信噪比降低 最佳空间频率降低 方位选择性降低 最佳时间频率升高 这些结果表明 催产 素对于发育早期的视皮层信息处理具有重要作用 我们目前在进一步研究 Oxt-/- 小鼠中位于不同皮层层次 的 V1 区细胞的变化 发表论文 1. Liu, K., Yao, H*. (2014) Contrast-dependent OFF-dominance in cat primary visual cortex facilitates discrimination of stimuli with natural contrast statistics. Eur. J. Neurosci. 39(12): 年度报告

41 State Key Laboratory of Neuroscience 于 翔 树 突 发 育 与 神 经 环 路 形 成 研 究 组 研 究 目 标 大 脑 的 正 常 认 知 功 能 依 赖 于 其 复 杂 而 精 细 的 神 经 网 络 神 经 网 络 中 的 信 息 传 递 由 上 级 神 经 元 的 轴 突 与 靶 细 胞 树 突 或 胞 体 形 成 的 突 触 连 接 实 现 树 突 是 每 个 神 经 元 接 受 来 自 成 千 上 万 其 它 神 经 元 信 息 输 入 的 重 要 结 构 基 础, 因 此, 其 形 态 发 生 对 突 触 传 递 信 息 整 合 神 经 环 路 形 成 及 可 塑 性 极 其 重 要 树 突 形 态 的 异 常, 以 及 由 其 引 起 的 神 经 环 路 缺 陷, 是 导 致 发 育 相 关 神 经 系 统 疾 病 ( 智 力 障 碍 孤 独 症 谱 系 障 碍 等 ) 的 重 要 因 素 进 一 步 阐 明 树 突 发 育 和 突 触 形 成 的 分 子 机 制 将 有 助 于 解 析 发 育 相 关 神 经 系 统 疾 病 的 神 经 基 础 本 研 究 组 主 要 结 合 分 子 生 物 学 生 物 化 学 形 态 学 免 疫 组 织 化 学 电 生 理 学 与 行 为 学 等 手 段, 研 究 遗 传 与 环 境 因 素 调 节 树 突 发 育 的 分 子 机 制, 及 树 突 形 态 异 常 对 神 经 环 路 形 成 的 影 响 本 研 究 组 正 在 开 展 的 工 作 包 括 : 1) 解 析 介 导 不 同 类 型 神 经 元 树 突 形 态 特 征 的 机 制 ; 2) 阐 明 细 胞 粘 附 分 子 对 在 体 树 突 形 态 和 神 经 环 路 形 成 的 调 节 作 用 ; 3) 检 测 树 突 与 树 突 棘 的 动 态 变 化 在 神 经 环 路 精 确 化 过 程 中 的 作 用 ; 4) 研 究 树 突 与 树 突 棘 形 态 的 异 常 与 孤 独 症 等 发 育 相 关 神 经 系 统 疾 病 的 关 联 研 究 进 展 自 然 感 觉 刺 激 跨 模 态 调 控 小 鼠 感 觉 皮 层 发 育 的 分 子 机 制 对 于 刚 出 生 不 久 的 婴 儿, 来 自 外 界 的 各 种 感 觉 刺 激 对 于 他 们 大 脑 的 发 育 是 至 关 重 要 的, 这 些 包 括 颜 色 和 光 带 来 的 视 觉 刺 激, 父 母 的 抚 摸 给 予 的 触 觉 刺 激, 声 音 的 听 觉 刺 激 等 实 验 动 物 上 的 研 究 表 明, 感 觉 剥 夺 不 仅 可 以 导 致 对 应 大 脑 皮 层 区 域 的 功 能 异 常, 还 可 跨 模 态 影 响 其 他 脑 区 的 功 能 在 跨 模 态 可 塑 性 的 机 制 方 面, 前 人 的 工 作 主 要 集 中 在 成 年 动 物 上, 极 少 涉 及 其 在 发 育 早 期 的 作 用 与 分 子 机 制 本 研 究 组 通 过 对 新 生 小 鼠 进 行 单 模 态 的 感 觉 剥 夺 ( 拔 胡 须 剥 夺 触 觉 输 入 黑 暗 饲 养 剥 夺 视 觉 输 入 ), 发 现 对 新 生 小 鼠 进 行 单 模 态 的 感 觉 剥 夺 不 仅 导 致 了 对 应 感 觉 皮 层 锥 体 神 经 元 兴 奋 性 突 触 传 递 和 神 经 元 自 发 放 电 的 下 降, 而 且 还 跨 模 态 下 调 了 其 它 感 觉 皮 层 的 兴 奋 性 突 触 传 递 和 神 经 元 放 电 在 体 电 生 理 实 验 表 明 触 觉 剥 夺 小 鼠 的 视 觉 功 能 有 显 著 下 降, 提 示 单 模 态 的 感 觉 剥 夺 可 导 致 其 他 感 觉 皮 层 的 功 能 下 降 在 机 制 方 面, 通 过 筛 选 不 同 饲 养 条 件 下 小 鼠 的 差 异 表 达 基 因, 发 现 神 经 肽 催 产 素 的 表 达 水 平 在 感 觉 剥 夺 小 鼠 的 下 丘 脑 中 显 著 下 降 进 一 步 实 验 证 明 催 产 素 的 合 成 与 分 泌, 及 其 在 大 脑 皮 层 的 蛋 白 水 平, 在 感 觉 剥 夺 小 鼠 中 均 显 著 下 降, 提 示 感 觉 剥 夺 可 以 调 控 催 产 素 的 表 达 与 分 泌 催 产 素 基 因 敲 除 可 以 降 低 大 脑 皮 层 的 兴 奋 性 突 触 传 递, 而 外 源 添 加 催 产 素 则 可 以 使 其 升 高 丰 富 环 境 饲 养 是 一 种 增 加 自 然 感 觉 刺 激 的 行 为 范 式, 可 以 显 著 提 高 大 脑 中 催 产 素 的 表 达 丰 富 环 境 饲 养 或 在 体 增 加 大 脑 中 催 产 素 的 水 平 均 可 以 挽 救 由 感 觉 剥 夺 导 致 的 神 经 环 路 发 育 异 常 本 研 究 揭 示 了 一 种 发 育 早 期 感 觉 经 验 依 赖 的 感 觉 皮 层 跨 模 态 可 塑 性 机 制 发 现 催 产 素 这 种 由 下 丘 脑 分 泌 的 神 经 肽 是 介 导 该 跨 模 态 可 塑 性 的 关 键 分 子 近 期, 催 产 素 由 于 其 与 情 绪 和 社 交 行 为 的 相 关 性, 已 成 2014 年 度 报 告 41

42 神经科学国家重点实验室 为孤独症治疗的热点分子之一 本研究提示催产素在发育更早期就对感觉皮层的神经环路形成有促进作用 鉴于孤独症患儿经常伴随有感觉输入的异常 上述发现对进一步解析孤独症的致病机制有重要的借鉴意义 图 1. 感觉经验对催产素表达与分泌 以及感觉皮 层兴奋性突触传递的双向调控 左 自然感觉经验 可以通过增加下丘脑神经肽催产素的表达与分泌 增加其在感觉皮层的水平 最终增加感觉皮层的兴 奋性突触传递 右 感觉输入改变可以双向调控催 产素的表达与分泌 从而双向影响多个感觉皮层的 兴奋性突触传递 细胞黏附分子 β-catenin 对感知觉皮层神经元树轴突形态与神经微环路形成的调节作用 本研究组前期以原代培养的神经元为模型 研究了 cadherin/catenin 复合物介导电活动依赖的树突发育 的功能 现以小鼠筒状皮层为模型 研究 cadherin/catenin 复合物的重要成员 β-catenin 在触觉皮层第 2/3 层锥体神经元中的功能 发现 β-catenin 的在体过表达可增加微小兴奋性突触后电流的频率 并特异性地增 加触觉皮层 2/3 层细胞的基底树突总长度和树突棘的密度 提示 β-catenin 过表达可以明显增加功能性突触 的数量 对 NMDA 和 AMPA 受体介导的电流的幅度变化的检测提示 β-catenin 过表达小鼠在发育早期有 更多的静息突触 而在发育高峰期可以迅速赋予这些新生成的突触以正常的功能 且有更高的突触可塑性 以上结果提示 β-catenin 在环路形成中具有广泛性协调树突 轴突 神经电活动和神经可塑性的作用 进 一步的形态学 突触功能与环路的研究正在进行中 发表论文 1. Zheng, J.J., Li, S.J., Zhang, X.D., Miao, W.Y., Zhang, D.H., Yao, H.S. & Yu, X.* (2014) Oxytocin mediates early experience dependent cross-modal plasticity in the sensory cortices. Nat. Neurosci. 17, (highlighted by same issue News and Views 17, 340 and by Nat. Rev. Neurosci. 15, 139) 年度报告

43 State Key Laboratory of Neuroscience 张 旭 感觉系统研究组 研究目标 本研究组主要研究伤害性感受和慢性痛的分子和细胞机制 鉴定对痛觉调制 和疼痛治疗具有重要意义的分子 应用分子 细胞以及电生理和行为学等方法来 研究相关分子对感觉信息传递的影响 阐明这些分子对感觉信息传递影响的机制 研究进展 2014 年度本实验室研究了外周神经损伤后在背根神经节 DRG 基因表达且发生显著改变的多种分子 在痛觉调制中的功能和机制 发现了成纤维细胞生长因子 -7 对伤害性感觉的调制作用 揭示了钠 - 钾 ATP 酶 NKA 的 γ 亚基 -FXYD2 在维持炎性痛敏中的作用和机制 合作研究工作阐述了 CaMKIIα 和 caveolin1a 协同调控配体依赖的 P2X3 受体上膜转运的作用 在 2014 年度本实验室取得了以下阶段性成果 成纤维细胞生长因子 -7 对伤害性感觉调制作用的研究 成纤维细胞生长因子 -7 FGF7 最初发现是由 间叶细胞分泌 在维持和修复表皮组织过程中发挥重 要的作用 然而 它在神经系统中的功能仍然不清 楚 我们的研究发现 FGF7 可以作为一类从伤害性感 觉神经元释放的神经调质发挥作用 FGF7 及其受体 FGFR2 主要表达在背根神经节的中小神经元中 FGF7 可以从 DRG 被运输到脊髓 而 FGFR2 则大部分定位 于脊髓浅层肽能神经元末梢 我们发现 FGF7 主要存 储于一类不含有神经肽 P 物质的大致密性囊泡中 在 脊髓切片和行为学上的功能性研究表明 FGF7 可以增 加外周传入纤维刺激引起的兴奋性突触后电流的幅度 并增强福尔马林引起的急性伤害性感觉反应 进一步 的行为学实验发现 Fgf7 基因敲除小鼠的急性和炎性 伤害性感觉反应都明显减弱 因此 FGF7 可以正向调 图 1. FGF7 基因敲除小鼠福尔马林和完全弗氏佐剂引起的疼痛反应减弱 控外周伤害性感觉向中枢的传输过程 钠 - 钾 ATP 酶的 γ 亚基 -FXYD2 参与维持炎性痛敏 钠 - 钾 ATP 酶 NKA 对于维持机体神经细胞的膜静息电位至关重要 其最小功能单位是由 α 亚基和 β 亚基组成 NKA 的 γ 亚基 FXYD 蛋白可与 α 亚基结合调节 NKA 功能 但是 FXYD2 在初级感觉神经元中 2014 年度报告 43

44 神经科学国家重点实验室 的作用还不明了 在鼠 DRG 小神经元中表达 有 FXYD2 而表达 FXYD2 的细胞其 NKA 活 性会显著降低 与野生型小鼠相比 FXYD2 基因敲除小鼠 (FXYD2-/-) 的 NKA 活性提高约 31.1% 在 CFA 炎症模型中 FXYD2-/- 小鼠 和野生型小鼠在 2 天内的热痛和机械痛反应均 一 致 但 在 CFA 注 射 4 天 和 7 天 时 FXYD2/- 小鼠比野生型的热痛敏恢复的显著要快 即 图 2. 钠 - 钾 ATP 酶的 γ 亚基 -FXYD2 参与维持炎性痛敏作用的模式图 FXYD2-/- 小鼠在 4 天时机械痛敏已经消失 而野生型小鼠的机械痛敏会维持到 21 天 CFA 注射后野生型 小鼠的 NKA 活性减弱了约 13% 而在 FXYD2-/- 小鼠中这一减弱被消除了 DRG 细胞膜电位的发展趋势 与小鼠的行为学表现也是一致的 在炎症时 FXYD2/α1NKA 间的相互作用逐步增多并在 4 天时达到顶点 可能引起 NKA 活性减弱 膜电位去极化及神经传递的增强 以上的实验结果表明 NKA 的亚基 FXYD2 对 于炎性痛敏的发展及维持有重要的调制作用 CaMKIIα 和 caveolin1a 协同调控配体依赖的 P2X3 受体上膜转运 P2X3 受体在外周痛觉的加工和传递中起着重要的作用 其合成 组装和转运到细胞膜对于其正常功 能是必需的 前期工作发现 P2X3 受体的配体 ATP 可以促进其内吞 并在初级感觉神经元轴突中逆向转运 到胞体 活化转录因子 CREB 以调节神经元的兴奋性 ATP 能以一种时间依赖的方式促进 P2X3 受体的上 膜转运 而此效应对于 P2X1 和 P2X2 受体是缺乏的 ATP 激活 P2X3 受体引起的钙离子内流可以激活钙 / 钙调素依赖性蛋白激酶 IIα CaMKIIα CaMKIIα 通过一种三级结构依赖的模式调节 P2X3 受体的上膜 P2X3 受体 C 端的第 388 位苏氨酸 Thr388 可被 CaMKIIα 磷酸化 将 Thr388 去磷酸化则会消除 ATP 依赖 的 P2X3 受体的上膜 脂筏结构的组成蛋白 caveolin1a 能与 P2X3 相互作用 Thr388 磷酸化可以促进此相互 作用 最终引起 P2X3 受体上膜转运的增强 此外配体依赖的 P2X3 受体的上膜可促进与其组成异源三聚体 的 P2X2 受体在细胞膜上的表达水平 此过程同样依赖于 P2X3 受体 Thr388 的磷酸化作用 以上研究结果 表明 P2X3 受体的上膜运输受其配体的调控 需要 CaMKIIα 和 caveolin1a 的协同作用 并可带动与其形成 多聚体的 P2X2 受体的共转运 为 P2X3 受体敏化参与疼痛发生发展提供了新的作用方式 该合作研究论文 发表在 2014 年的 Journal of Molecular Cell Biology 杂志上 发表论文 1. Zhang X, Bao L, Li S. (2014) Opioid receptor trafficking and interaction in nociceptors. Br. J. Pharmacol., doi: /bph Chen XQ., Zhu JX., Wang Y., Zhang X., and Bao, L. (2014) CaMKIIa and caveolin-1 cooperate to drive ATP-induced membrane delivery of the P2X3 receptor. Journal of Molecular Cell Biology 6: 年度报告

45 State Key Laboratory of Neuroscience 周 嘉 伟 基 底 神 经 节 的 发 育 与 退 行 性 疾 病 研 究 组 研 究 目 标 胶 质 细 胞 在 帕 金 森 病 发 生 发 展 过 程 中 的 作 用 我 们 过 去 的 研 究 发 现, 经 典 的 多 巴 胺 D1 和 D2 受 体 在 星 形 胶 质 细 胞 中 发 挥 的 作 用 与 在 神 经 元 中 并 不 完 全 相 同 星 形 胶 质 细 胞 的 多 巴 胺 受 体 可 以 通 过 调 控 生 长 因 子 FGF-2 的 表 达 水 平 促 进 多 巴 胺 能 神 经 元 的 生 长 和 存 活 (Li, et al. FASEB J, 2006) 星 形 胶 质 细 胞 表 达 的 PI-linked D1 样 受 体 还 可 以 通 过 调 节 细 胞 内 钙 信 号 促 进 FGF-2 的 表 达 (Zhang, et al. J. Neurosci., 2009) 近 年 我 们 将 这 些 有 关 星 形 胶 质 细 胞 的 多 巴 胺 受 体 生 理 作 用 的 研 究 延 伸 到 PD 动 物 模 型 我 们 发 现, 星 形 胶 质 细 胞 的 多 巴 胺 D2 受 体 可 以 通 过 alphab-crystallin 依 赖 的 方 式 抑 制 神 经 炎 症 (Shao, et al. Nature, 2013) 目 前 我 们 正 在 研 究 不 同 类 型 胶 质 细 胞 ( 亚 群 ) 在 神 经 炎 症 调 节 中 的 作 用 及 其 分 子 机 理, 以 发 现 控 制 神 经 炎 症 的 关 键 环 节 研 究 中 涉 及 到 分 子 细 胞 生 物 学 实 验 手 段 基 因 修 饰 小 鼠 等 我 们 的 长 期 目 标 是 以 帕 金 森 病 为 研 究 重 点, 力 求 从 分 子 水 平 解 析 多 巴 胺 能 神 经 元 死 亡 的 原 因, 为 发 展 和 建 立 针 对 帕 金 森 病 和 其 它 中 枢 神 经 系 统 退 行 性 疾 病 的 诊 断 和 治 疗 方 法 提 供 理 论 依 据 神 经 递 质 多 巴 胺 释 放 重 摄 取 的 分 子 调 节 机 理 及 其 在 药 物 成 瘾 中 的 作 用 我 们 曾 在 胚 胎 发 育 中 的 小 鼠 中 脑 以 及 成 年 大 鼠 的 中 脑 中 找 到 了 一 批 在 腹 侧 中 脑 表 达 水 平 较 高 的 基 因 (Yin, et al. J. Neurosci., 2009; Zhou, et al. Neurobiol. Aging, 2011) 近 年 来 的 研 究 资 料 不 断 提 示, 部 分 在 中 脑 富 集 的 基 因 可 能 选 择 性 地 参 与 了 该 特 定 脑 区 多 巴 胺 水 平 的 维 持 和 调 节 我 们 目 前 正 重 点 研 究 这 些 基 因 在 多 巴 胺 释 放 和 重 摄 取 过 程 以 及 可 卡 因 所 致 药 物 成 瘾 模 型 中 的 作 用 研 究 将 涉 及 到 多 种 实 验 方 法, 例 如 生 物 化 学 分 子 与 细 胞 生 物 学 电 生 理 形 态 学 小 鼠 行 为 学 以 及 各 种 基 因 修 饰 小 鼠 研 究 进 展 AlphaB-crystallin 在 帕 金 森 病 患 者 黑 质 的 表 达 我 们 在 前 期 工 作 中 发 现 并 报 道 了 星 形 胶 质 细 胞 在 缺 失 多 巴 胺 D2 受 体 (Drd2) 后 alphab-crystallin 表 达 水 平 明 显 下 降, 产 生 低 烈 度 自 发 性 神 经 炎 症, 并 在 环 境 因 素 作 用 下 放 大 脑 内 的 炎 症 反 应 过 程 的 作 用 (Nature, 2013) 但 Cryab 与 临 床 帕 金 森 病 病 理 的 关 系 尚 不 清 楚 利 用 免 疫 组 织 化 学 染 色 和 免 疫 印 迹, 我 们 观 察 到, 帕 金 森 病 患 者 黑 质 区 域 有 明 显 增 加 的 Cryab 免 疫 反 应 产 物, 这 些 产 物 多 集 中 在 胶 质 细 胞, 并 且 呈 聚 集 体 样, 而 在 对 照 样 品 则 基 本 无 类 似 变 化, 仅 见 少 数 Cryab 阳 性 的 胶 质 细 胞 提 示 在 帕 金 森 病, 由 于 含 有 Cryab 聚 集 体 的 形 成, 导 致 可 发 挥 正 常 功 能 的 Cryab 减 少, 从 而 促 进 炎 症 的 发 生 该 研 究 为 认 识 Cryab 与 帕 金 森 病 的 关 系 提 供 了 新 的 资 料 论 文 已 被 Neurobiol Aging 杂 志 接 受 Ebf2 基 因 在 中 脑 多 巴 胺 能 神 经 元 发 育 中 作 用 的 研 究 一 直 以 来,Periaqueductal gray (PAG) 内 的 多 巴 胺 能 神 经 元 数 量 较 少 以 往 被 归 为 A10 亚 群, 而 不 被 认 为 是 一 个 功 能 和 性 质 独 立 的 核 团 但 是 PAG 多 巴 胺 能 神 经 元 从 解 剖 学 结 构 上 与 SN 和 VTA 分 离 较 远 ; 在 功 能 2014 年 度 报 告 45

46 神经科学国家重点实验室 图 1. Cryab 在帕金森病患者黑质区域表达水平上调 Scale bars, C, D, G, 50 µm; E, F, H, I, 20 µm; J and K, 8 µm 上 越来越多的研究发现 PAG 内的多巴胺能神经元也独立参与许多生理功能 包括睡眠 觉醒的节律 药 物成瘾以及痛觉等 因此 PAG 多巴胺能神经元也应为一群重要并且功能较为独立的多巴胺能神经元核团 但是它是如何形成的 并如何与 SN 和 VTA 等核团分离的 目前却几乎没有任何相关研究 已知在中枢神经系统发育过程中 Ebf2 基因特异地表达在中脑多巴胺能神经元前体细胞 并在小鼠中脑 中晚期发育时间窗口 E10~E14 天 表达上调 提示 Ebf2 可能是参与中脑多巴胺能神经元中晚期发育事件 包 括核团的形成 投射的建立 细胞的存活等 的重要基因 为了明确该基因的功能 我们观察了 Ebf2 基因 全敲小鼠中脑多巴胺能神经元发育的情况 结果发现 Ebf2-/- 小鼠仅现中脑导水管周围灰质内的多巴胺能 神经元减少和嗅结节尾侧 1 /7 的多巴胺能投射缺失 我们的结果显示 Ebf2 参与中脑导水管周围灰质多巴 胺能神经元核团的形成 因此 我们的工作为揭示中脑多巴胺能神经元如何富集形成不同的神经核团又进 一步提供了新的线索 尽管 Ebf2 基因的敲除影响了 PAG 内多巴胺能神经元的发育 但 Ebf2-/- 小鼠在该群 细胞所参与的相关生理功能是否也随之而发生异常也是值得进一步探索的问题 Yang et al. Dev. Neurobiol. Under Revision 发表论文 1. Hu Y, Li S, Jiang H, Li M*, Zhou J* (2014) Ephrin-B2/EphA4 forward signaling is required for regulation of radial migration of cortical neurons in the mouse. Neurosci Bull. 30(3): Liu YJ, Zhou QB, Tang M, Fu N, Shao W, Zhang SZ, Yin YQ, Zeng R, Wang XM, Hu G, Zhou J* Upregulation of alphab-crystallin expression in the substantia nigra of patients with Parkinson s disease. Neurobiol Aging. Accepted 年度报告

47 State Key Laboratory of Neuroscience 2014 新引进研究组介绍 蔡时青 离子通道调控研究组 教育经历 年 中国农业大学 植物生理专业 学士 年 中科院上海植物生理生态研究所 植物科学专业 博士 工作经历 年 Rutgers University, Robert Wood Johnson Medical School 博士后 至今 中科院上海生命科学院神经科学研究所 研究员 博士导师 获奖及项目支持情况 2003 年 中国科学院百人计划择优支持 年 国家基金委面上项目 SET-6 和 FLT-1 调控老年线虫五羟色胺和多巴胺功能研究 研究目标 阐明离子通道表达和运输调控的分子机制 离子通道的功能受许多因子 比如辅助亚基 翻译后修饰 顺行和逆行运输等调控 离子通道在翻译 后的准确折叠 组装和胞内运输过程中的功能调控尤为重要 越来越多的证据显示离子通道基因上的一些 突变改变了上述生理过程 造成离子通道聚集在内质网上 降低离子通道功能从而导致疾病的产生 我们 拟利用线虫模式动物 结合遗传学 生物化学 电生理等手段研究离子通道的表达和运输机制 为治疗离 子通道相关疾病提供新的线索 理解衰老过程中动物行为退化的分子神经机制 过去二十多年来 衰老领域的研究主要集中在寿命调节方面 已发现上百个基因可以调控动物寿命 行为和认知功能退化也是动物和人类衰老的重要特征 已有研究表明调控寿命和神经系统老化的分子机制 并不完全相同 然而目前有关动物行为和认知功能随衰老下降的分子和神经机制研究还比较少 我们拟利 用线虫模式动物探讨动物衰老行为退化的分子神经机制 寻找提高老年人口生活质量的方法 主要学术论文 1. Jiang-An Yin, Xi-Juan Liu, Jie Yuan, Jing Jiang, and Shi-Qing Cai* (2014) Longevity manipulations differentially affect serotonin/dopamine level and behavioral deterioration in aging Caenorhabditis elegans. The Journal of Neuroscience 34: Shi-Qing Cai*, Wang Yi*, Ki Ho Park*, Xin Tong, Zui Pan and Federico Sesti (2009) Auto-phosphorylation of a voltage-gated K + channel controls non-associative learning. EMBO J. 28 (11): (*co-first author) 3. Shi-Qing Cai and F. Sesti (2009) Oxidation of a K+ Channel causes progressive decline in sensory function during ageing. Nature Neuroscience, 12 (5): Shi-Qing Cai and F. Sesti (2007). A new mode of regulation of N-type inactivation in a Caenorhabditis elegans voltage-gated potassium channel. The Journal of Biological Chemistry 282(25): Shi-Qing Cai, Leonardo Hernandez, Yi Wang, Ki Ho Park, Federico Sesti (2005) MPS-1 is a K+ channel b-subunit and a serine/threonine kinase. Nature Neuroscience 8(11): 年度报告 47

48 神经科学国家重点实验室 年度工作进展 阐明长寿基因对神经递质功能和相关行为退化的影响 多巴胺 五羟色胺 GABA 等神经递质功能在人和动物衰老过程中显著下降 这些变化和动物在衰老 过程中运动功能出现障碍 决策力变弱 对奖赏大小的敏感度降低等行为和认知退化有着密切的相关性 然 而 长寿基因是否影响衰老过程中神经递质系统功能的下降 进而影响动物行为退化 也就是说 延长寿命 是否必然延缓衰老引起的行为退化是一个十分关键但尚未回答的问题 利用线虫为动物模型 我们研究发现 不同的长寿基因对五羟色胺和多巴胺功能影响不尽相同 胰岛素信号通路中的长寿基因不影响多巴胺水平以 及相应的行为退化 而节食这种广为人知的长寿方式 则可以很好地维持年老动物的五羟色胺和多巴胺水平 进而延缓了长时程记忆 雄性交配能力和食物诱导的缓慢运动等行为的退化进程 进一步发现在衰老过程中 氧化自由基的积累导致多巴胺和五羟色胺共同的合成酶 BAS-1 表达量下降 多巴脱羧酶 这是神经元中多 巴胺和五羟色胺含量降低的主要原因 和节食相关的长寿基因 pha-4 则通过上调 SOD-1 和 Catalase 等蛋白的 表达 提高神经元清除氧化自由基能力 进而上调 BAS-1 表达 维持多巴胺和五羟色胺水平 这一部分工 作发表在 Journal of Neuroscience 杂志上 为我们进一步研究动物行为退化的分子神经机制打下了很好的基础 阐明线虫辅助亚基 KChIP 和 Kv4 家族钾离子通道的相互作用机制 电压门控钾离子通道 Kv4 通导 A-type 类型钾电流 进而调控神经元和心肌细胞的兴奋性 KChIP 是 一类 Kv4 钾离子通道的辅助亚基 它不参与离子通道通导孔道的形成 但它和 Kv4 亚基结合可以大大地改 变该钾离子通道的表达与运输 电生理和药物学特征 我们在线虫上克隆了三个 KChIP 同源蛋白 NCS-4 NCS-5 和 NCS-7 发现这些 KChIP 蛋白对内源 SHL-1 Kv4 在线虫上的同源蛋白 钾离子通道复合物导的 形成是必须的 KChIP 是一类钙离子结合蛋白 钙离子信号在它对 Kv4 通道调控功能中的作用还不太清 我们在体实验结果发现钙离子和 KChIP 结合不影响 SHL-1 的合成 但促进 SHL-1 从高尔基体到细胞膜的 运输 同时发现 NCS-4 和 SHL-1 在雄性线虫斜方肌中形成通道复合物 钙成像发现 ncs-4 和 shl-1 基因敲除 雄虫不能很好的调控其尾部斜方肌的兴奋性 从而不能正常弯曲 导致严重的交配缺陷 这个工作已投到 Journal of Neuroscience 杂志上 目前正在修改中 图 1. 不同延长寿命方式对五羟色胺和多巴胺水平及线虫行为退 化 影 响 有 所 不 同 A 野 生 型 N2 和 长 寿 的 daf-2(e1370 age1(hx546) isp-1(qm150) tpk-1(qm162) 和 eat-2(ad1116) 突 变 体 中 NSM 神经元五羟色胺 左 ) 和 CEP 神经元多巴胺 ( 右 ) 含量 随衰老变化 B 食物丰富和节食 N2 线虫中 NSM神经元五羟 色胺 左 ) 和 CEP 神经元多巴胺 ( 右 ) 含量随衰老变化 C 年 轻 N2 daf-2(e1370) 和 eat-2(ad1116) 线 虫 的 基 础 缓 慢 效 应 D 和 E 老 年 N2 daf-2(e1370) 和 eat-2(ad1116) 线 虫 在 没 有 (D) 或有 (E) 外源多巴胺存在条件下的基础缓慢效应 F 年轻 N2 daf-2(e1370)和 eat-2(ad1116) 线虫的加强缓慢效应 G 和 H 老 年 N2 daf-2(e1370) 和 eat-2(ad1116) 线 虫 在 没 有 (G) 或 有 (H) 外源五羟色胺存在条件下的基础缓慢效应 *P<0.001 (unpaired Student s t-test) 统计方法为 unpaired Student s t-test 年度报告 图 2. SHL-1 钾离子通道从高尔基体运输到细胞膜需要 KChIP 亚 基 NCS-4 结 合 钙 离 子 A SHL-1 钾 离 子 通 道 在 野 生 型 N2 Triple KO 突 变 体 Pncs-4::ncs-4;Triple KO 和 Pncs-4::ncs4(efm);Triple KO 转 基 因 线 虫 体 壁 肌 肉 细 胞 中 的 表 达 模 式 SHL-1 蛋白在 N 端和 GFP 蛋白融合 比例尺 20 μm. 白色箭 头显示头部体壁肌肉细胞 B SHL-1 蛋白在 N2 Pncs-4::ncs4;Triple KO Pncs-4::ncs-4(efm);Triple KO 线虫体壁肌肉细胞膜 中分布 细胞膜用 mcd8::mcherry 显示 瘦箭头显示致密体 条纹 厚箭头显示两相邻肌肉细胞的细胞膜 比例尺 10 μm C SHL-1 蛋 白 在 Pncs-4::ncs-4(efm);Triple KO 线 虫 体 壁 肌 肉 细胞亚细胞器中分布 内质网 ( 上 ) 和高尔基体 ( 下 ) 分别用 SP12::mCherry 和 AMAN-2::mCherry 标记 三角和箭头分别表 示细胞核和高尔基体囊泡 比例尺 10 μm

49 State Key Laboratory of Neuroscience 何 杰 干 细 胞 和 神 经 发 生 研 究 组 教 育 经 历 年, 浙 江 大 学 化 学 系, 本 科 年, 中 国 科 学 院 生 物 物 理 研 究 所, 博 士 工 作 经 历 年, 美 国 Stowers Institute for Medical Research Dr. Ron Yu s lab, Postdoctoral Associate 年, 美 国 Stowers Institute for Medical Research Dr. Ron Yu s lab, Senior Research Associate 年, 英 国 剑 桥 大 学 Dr. Bill Harris lab, Research Associate 至 今, 中 国 科 学 院 神 经 科 学 研 究 所 干 细 胞 和 神 经 发 生 研 究 组 组 长 获 奖 及 项 目 支 持 情 况 2009 年,The Ellison Medical Foundation Fellow 2012 年,The National Eye Institute Fellow 2014 年, 中 组 部 青 年 千 人 计 划 2015 年, 国 家 基 金 委 面 上 ( ) 研 究 目 标 对 称 增 殖 期 神 经 上 皮 细 胞 的 发 育 动 态 及 其 功 能 研 究 我 们 以 斑 马 鱼 视 网 膜 早 期 神 经 上 皮 细 胞 为 研 究 对 象, 利 用 原 位 单 细 胞 谱 系 追 踪 手 段, 研 究 对 称 增 殖 期 中 神 经 上 皮 细 胞 谱 系 的 发 育 动 态, 在 单 个 细 胞 谱 系 的 水 平 上, 准 确 定 义 神 经 上 皮 细 胞, 放 射 状 胶 质 细 胞 和 首 个 神 经 元 发 生 时 序 性 ; 进 而 探 究 在 视 网 膜 神 经 发 生 前 的 细 胞 对 称 增 殖 期 中 细 胞 的 异 质 性 ; 并 深 入 探 究 这 些 早 期 不 同 的 前 体 细 胞 对 神 经 发 生 期 各 类 神 经 细 胞 类 型 的 生 成 的 贡 献 神 经 上 皮 细 胞 发 育 成 为 成 体 神 经 干 细 胞 的 细 胞 分 子 机 制 我 们 将 以 斑 马 鱼 视 网 膜 成 体 干 细 胞 为 研 究 对 象, 开 发 建 立 双 光 转 化 蛋 白 的 遗 传 镶 嵌 标 记 新 方 法, 确 认 视 网 膜 干 细 胞 命 运 在 视 网 膜 神 经 上 皮 细 胞 谱 系 发 育 的 哪 个 阶 段 获 得 决 定 ; 并 利 用 正 反 向 遗 传 学 手 段 探 究 这 个 干 细 胞 命 运 决 定 的 遗 传 基 础 和 环 境 因 素 视 顶 盖 物 体 大 小 识 别 回 路 细 胞 的 谱 系 相 关 性 我 们 以 斑 马 鱼 视 顶 盖 参 与 视 觉 物 体 大 小 信 息 处 理 的 回 路 为 研 究 对 象, 利 用 彩 虹 遗 传 镶 嵌 标 记 高 速 钙 成 像 电 生 理 和 行 为 学 等 方 法, 通 过 建 立 视 顶 盖 组 织 的 细 胞 谱 系 图 和 物 体 大 小 信 息 处 理 功 能 图 来 探 究 谱 系 相 关 细 胞 在 功 能 神 经 回 路 组 成 中 的 作 用 近 期 主 要 学 术 论 文 1. He, J., Zhang, G., Almeida, A. D., Cayouette M., Simons, B.D., Harris, W. A. (2012) How variable clones build an invariant retina Neuron, 75: He, J., Ma. L., Kim, S., Schwartz J., Santilli M., Wood C., Durnin M. H., Yu, C. R. (2010) Distinct Signals conveyed by Pheromone Concentrations to the Mouse Vomeronasal Organ J. Neurosci., 30: 年 度 报 告 49

50 神经科学国家重点实验室 3. He, J., Ma, L., Kim, S., Nakai, J., Yu, C. R. (2008) Encoding Gender and Individual Information in the Mouse Vomeronasal Organ Science, 320: H e, J., Wang, T., Wang, P., Han, P., Yin, Q., Chen, C. (2007) A novel mechanism underlying the susceptibility of neuronal cells to nitric oxide: the occurrence and regulation of protein S-nitrosylation is the checkpoint J. Neurochem. 102: H e, J., Kang, H., Yan, F., Chen, C. (2004) The endoplasmic reticulum-related events in S-nitrosoglutathione-induced neurotoxicity in cerebellar granule cells Brain Res. 1015: 年度工作进展 本课题组目标是采用单细胞标记追踪 信号通路动态监测 正反向遗传操作 电生理钙成像和行为学 等技术 以斑马鱼的视觉系统为研究对象 在分子 细胞 神经回路多个层次上研究神经上皮细胞细胞谱 系的发育规律 以及这些细胞谱系在功能神经回路发育中的作用 在本年度中 课题组取得以下进展 对称增殖期神经上皮细胞的发育动态及其功能研究 利用细胞移植和转基因技术 我们已经初步完成视网膜从视杯期到首 个神经元发生阶段神经上皮细胞细胞谱系的发育动态 明确了放射状胶质细 胞发生和第一个神经元产生在神经上皮细胞细胞谱系中对应的发育点 这为 进一步研究对称分裂期中神经上皮细胞的异质性及其对最终神经发生的作用 奠定了坚实的基础 同时 为了深入探索早期神经上皮细胞异质性 我们完 成了多个与非对称分裂相关极性蛋白研究工具 图 1 该方向的研究正在 图 1. 极性蛋白 Par3 在视网膜顶端区域 的特异性表达 进行中 神经上皮细胞发育成为成体神经干细胞的细胞分子机制 利用高密度遗传镶嵌标记和细胞追踪技术 图 2 以斑马鱼视网膜干 细胞为研究对象 我们已经确定在早期视网膜中一群特定视网膜上皮细胞是 视网膜干细胞的前体细胞 并且初步了解了这群干细胞前体细胞的分裂行为 同时 我们还建立了正向和反向遗传筛选系统 并已经确定数个视网膜干细 胞特异表达基因 这些基因及与其相关信号通路将为我们深入研究视网膜干 细胞的形成提供了可能 视顶盖物体大小识别回路 图 2. 高密度遗传镶嵌标记和细胞追踪 技术 细胞的谱系相关性 我们已经建立彩虹遗传标记转基因品系可以用于系 统性地标记视顶盖组织的细胞谱系 图 3 同时我们也 已经建立高速钙响应成像系统 目前我们正在开发视觉 刺激和行为学实验 这些实验系统的进展将为深入探索 功能神经回路细胞的谱系相关性提供可能 年度报告 图 3. 彩虹遗传镶嵌标记视顶盖细胞谱系发育

51 State Key Laboratory of Neuroscience 孙衍刚 神经环路与感觉信息处理研究组 教育经历 1999 年 9 月 年 6 月 北京大学生命科学学院生理及生物物理学系 博士 1995 年 9 月 年 7 月 北京大学生命科学学院生理及生物物理学系 本科 工作经历 2004 年 11 月 年 8 月 华盛顿大学麻醉学系 博士后 2008 年 8 月 年 8 月 德州大学健康科学中心神经生物学系 博士后 2012 年 8 月 - 至今 中国科学院上海神经科学研究所 研究员 博士生导师 获奖及项目支持情况 2001 年 北京大学大寨奖学金 2003 年 北京大学创新奖学金 2003 年 谈家祯基金会九源奖学金 2004 年 北京大学优秀毕业生 2008 年 华盛顿大学 James L. O'Leary 奖 2012 年 中组部青年千人计划 2013 年 上海市浦江人才计划 2013 年 中科院百人计划 研究目标 痒觉是临床多种疾病的伴随症状 慢性痒的治疗一直是临床难题之一 目前我们对于痒觉的神经生物 学机制的了解还十分有限 致痒刺激引起抓挠的欲望 同时抓挠产生的愉悦感促进抓挠行为 显然这种常 造成皮肤损伤的恶性循环是由脑内神经环路所介导的 我们的研究将确定痒觉信息处理的重要脑区 然后 从脑区局部微环路和长程环路出发研究各脑区的信息处理和调控机制 最后在整体水平验证这些脑区在动 物行为中的作用 研究中 我们将结合使用药理学和遗传学小鼠模型进行痒觉信息处理环路的功能研究 我们将利用脑内多电极记录的方法在清醒小鼠中同时记录脑内神经元的电活动与小鼠的抓挠行为 进而研 究痒觉信息的编码和调控 我们的研究旨在揭示痒觉信息处理的脑内神经环路机制 并回答痒刺激如何引 起负面情绪 产生愉悦感等重要问题 近期主要学术论文 1. Zhang, Y., Qin, W.J., Qian, Z.Y., Liu, X.J., Wang, H., Gong, S., Sun, Y.G.*, Snutch, T.P., Jiang, X.H., Tao, J.* (2014) Peripheral pain is enhanced by insulin-like growth factor 1 through a G protein-mediated stimulation of T-type calcium channels. Sci Signal. 7(346):ra Zhao, Z.Q., Liu, X.Y., Jeffry, J., Karunarathne, W.K., Li, J.L., Munanairi, A., Zhou, X.Y., Li, H., Sun, Y.G., Wan, L., Wu, Z.Y., Kim, S., Huo, F.Q., Mo, P., Barry, D.M., Zhang, C.K., Kim, J.Y., Gautam, N., Renner, K.J., Li, Y.Q., Chen, Z.F. (2014) Descending Control of Itch Transmission by the Serotonergic System via 5-HT1A-Facilitated GRP-GRPR Signaling. Neuron Online published. 3. Sun YG, Pita-Almenar JD, Wu CS, Renger JJ, Uebele VN, Lu HC, Beierlein M. (2013) Biphasic cholinergic synaptic transmission controls action potential activity in thalamic reticular nucleus neurons. J Neurosci. 33: 年度报告 51

52 神经科学国家重点实验室 4. Sun YG, Zhao ZQ, Meng XL, Yin J, Liu XY, Chen ZF. (2009) Cellular basis of itch sensation. Science 325: Sun YG, Chen ZF. (2007) A gastrin-releasing peptide receptor mediates the itch sensation in the spinal cord. Nature 448: 年度工作进展 臂旁核在痒觉信息处理过程中的作用 痒觉信息通过脊髓传递到大脑 脊髓到 大脑的主要投射包括脊髓丘脑投射和脊髓臂旁 核投射等 我们首先研究了这两条神经通路在 痒觉所引起的抓挠行为中的作用 利用 c-fos 作为神经元兴奋性的标记分子 我们发现在组 胺 氯喹和蛙皮素等痒觉模型中 脑干臂旁核 都有不同程度的激活 图 1 臂旁核内的投 射神经元主要是谷氨酸能神经元 为了研究臂 旁核在痒觉信息处理中的作用 我们通过敲除 臂旁核内谷氨酸囊泡转运体 (vglut2) 使细胞 无法释放谷氨酸 从而阻断臂旁核兴奋性神经 图 1. 臂旁核在痒觉模型中激活 (A-F) 组胺模型中臂旁核 c-fos 蛋白表达明显 根 据前后关系我们将臂旁核分为吻段 (A,B) 中段 (C,D) 和尾段 (E,F) (G,H,M) 通过 兴奋性探针 Vglut2 或者抑制性探针 Gad1 和 c-fos 蛋白双标实验发现 表达 c-fos 阳性神经元绝大多数 (96%) 是兴奋性神经元 (I-L) 展示了在盐水对照 (I1-I3) 组 胺 (J1-J3) 氯喹 (K1-K3) 蛙皮素 (L1-L3) 模型中 喙段 中段 尾段 c-fos 阳性 神经元的分布情况 (N-P)c-Fos 阳性神经元统计结果 元的突触传递 我们发现在组胺 氯喹 蛙皮素模型中 小鼠的抓挠行为显著降低 图 2 在使用高分辨 率自动记录分析系统进一步分析后 我们发现在组胺模型中抓挠单次抬腿动作总数也显著降低 另外 阻 断臂旁核内兴奋性神经元的突触传递并不影响基础痛域或者慢性痛程度 图 2F-I 这一结果说明臂旁核特 异在痒觉信息传导中发挥重要作用 通过损毁丘脑 我们发现脊髓丘脑投射不参与痒觉过程中的抓挠行为 的产生 我们的研究揭示了脊髓丘脑投射和脊髓臂旁核投射在痒觉信息处理过程中的不同作用 中脑腹侧被盖区参与痒觉信息处理的机制 痒觉引发的抓挠过程中有时伴随着愉 悦感的产生 在正常情况下这有助于促进 抓挠从而抑制痒觉 然而 伴随很多皮肤 病的瘙痒引发的抓挠会产生很强的愉悦感 从而促使患者产生持续的抓挠行为寻求更 图 2. 臂旁核敲除 vglut2 后减弱痒觉行为但不影响痛觉行为 (A-E) 臂旁核敲除 vglut2 影响抓挠行为 在 vglut2f/f 小鼠中 相比对照 AAV-GFP 病毒注射组 AAC-Cre-GFP 病 毒注射组的抓挠总数明显下降 (A) 抓挠单次抬腿动作总数在两组中没有明显变化 (B) 自动记录仪器记录的抓挠动作原始数据 (E) 组胺模型中抓挠动作模式的细节分析 (C,D) (F-I) 在臂旁核敲除 vglut2 并没有影响痛觉行为 **P<0.01, ***P<0.001; Student s t-test. 强的愉悦感 形成痒 - 抓的恶性循环 抓 挠过程中愉悦感的产生可能来自奖赏有关 的脑区和环路 核磁共振成像研究表明 一些奖赏相关的脑区在抓痒过程中确实被 激活 中脑腹侧被盖区 VTA 作为奖赏环路的重要一部分 在抓痒过程中活性也有明显变化 因此 我 们的假说是 VTA 的激活介导抓痒引起的愉悦感并促进抓挠行为 我们通过光遗传学和药理遗传学的研究发 现抑制 VTA 的多巴胺神经元或抑制其递质释放使小鼠因痒引发的抓挠次数显著降低 进一步 我们通过在 体电生理记录发现在痒引发的抓挠过程中 VTA 中部分神经元电活动会明显变化 这些结果说明 VTA 参与 处理抓挠引起的反馈调控 并可能参与介导愉悦感的产生 年度报告

53 State Key Laboratory of Neuroscience 徐 宁 龙 感 知 的 神 经 基 础 研 究 组 教 育 经 历 1995 年 9 月 年 9 月, 四 川 大 学 生 命 科 学 学 院 生 物 工 程 系, 本 科 1999 年 9 月 年 3 月, 中 国 科 学 院 上 海 生 科 院 神 经 科 学 研 究 所, 博 士 工 作 经 历 2006 年 6 月 年 1 月, 美 国 冷 泉 港 实 验 室, 博 士 后 2008 年 2 月 年 7 月, 美 国 霍 华 德 休 斯 医 学 研 究 所, 博 士 后 2013 年 8 月 - 至 今, 中 国 科 学 院 上 海 生 科 院 神 经 科 学 研 究 所, 研 究 员 博 士 生 导 师 获 奖 及 项 目 支 持 情 况 2006 年, 刘 永 龄 奖 学 金 2008 年, 复 旦 大 学 谈 家 桢 基 金 九 源 奖 学 金 2011 年, 戈 登 研 究 会 议 最 佳 展 示 奖 2013 年, 中 组 部 青 年 千 人 计 划 入 选 者 研 究 目 标 本 研 究 组 致 力 于 研 究 产 生 感 知 觉 的 神 经 环 路 及 细 胞 水 平 的 生 物 学 基 础 利 用 小 鼠 的 知 觉 辨 识 行 为 研 究 听 觉 皮 层 及 相 关 脑 区 在 产 生 清 醒 的 听 知 觉 过 程 中 的 机 制 和 原 理 结 合 自 行 开 发 的 精 确 行 为 控 制 系 统 以 及 小 鼠 听 觉 心 理 物 理 行 为 学 范 式 在 体 双 光 子 功 能 成 像 神 经 环 路 追 踪 特 异 性 神 经 环 路 操 控 技 术 等 方 法 手 段 开 展 一 下 几 个 方 面 的 研 究 1) 揭 示 听 觉 感 知 的 产 生 中 以 及 知 觉 学 习 中, 听 觉 皮 层 神 经 环 路 的 信 息 处 理 机 制 2) 揭 示 听 觉 皮 层 接 受 高 级 脑 区 反 馈 调 控 对 听 知 觉 产 生 的 意 义, 以 及 其 作 用 机 理 3) 揭 示 神 经 调 整 系 统 对 于 听 知 觉 的 产 生 及 学 习 的 意 义, 以 及 相 关 的 神 经 环 路 机 理 近 期 主 要 学 术 论 文 1. Xu NL, Harnett MT, O Connor DH, Huber D, Williams SR, Svoboda K., Magee JC, (2012) Nonlinear dendritic integration of sensory and motor input during an active sensing task. Nature, 492: Harnett MT, Xu NL, Magee JC, Williams SR, (2013) Potassium Channels Control the Interaction between Active Dendritic Integration Compartments in Layer 5 Cortical Pyramidal Neurons. Neuron, 79: Petreanu L, Gutnisky DA, Huber D, Xu NL, O Connor DH, Tian L, Looger L, and Svoboda K, (2012) Activity in motor-sensory projections reveals distributed coding in somatosensation. Nature, 489: Xu NL, Ye CQ, Zhang XH, and Poo MM, (2006) Coincidence detection of synaptic inputs is facilitated at the distal dendrites after long-term potentiation induction. J. Neurosci., 26: Wang Z, Xu NL, Wu CP, Duan S, and Poo MM, (2003) Bidirectional changes in spatial dendritic integration accompanying long-term synaptic modifications. Neuron, 37: 年 度 工 作 进 展 相 关 技 术 方 法 的 建 立 开 发 小 鼠 听 觉 行 为 学 控 制 系 统 ( 包 括 软 件 硬 件 ), 建 立 小 鼠 听 觉 心 理 物 理 学 行 为 范 式, 描 述 小 鼠 听 觉 2014 年 度 报 告 53

54 神经科学国家重点实验室 感知的行为学特性 小鼠已经成为了研究哺乳动物清醒状态神经环路机理的重要模式动物 然而目前在听觉研究领域 听 觉心理物理行为学范式在小鼠中 尤其是头部固定的小鼠中 尚未实现 而头部固定是进行精确光学成像 和电生理记录的关键条件 在过去的一年里 本研究组开发了全新的小鼠听觉行为学控制系统的软硬件部分 硬件系统包括 隔音系统 小鼠头部固定及躯干支持部件 声学刺激发生模块 行为选择感应器 行为事 件实时控制系统 软件部分包括声学刺激产生库和行为事件流程控制程序 搭建与小鼠听觉行为相匹配的在体双光子功能成像系统 实现在执行听觉行为任务的小鼠中实时记录 微小尺度神经环路动态活动 图 1. (A) 自行开发的声学刺激发生模块 由 DDS 芯片 Arduino Nano 微控制器 缓存芯片及 电容组成 软件部分包括控制声音波形及与行为流程微控制器进行数据交流的程序库 (B) 小 鼠头部固定装置以及舔水感应装置示意照片 包括钛合金头骨固定板及相配套的夹持器 连接 电容感应器的金属舔水管 (C) 听觉 2AFC 行为学范式示意图 再给予随机的两种声音刺激后 小鼠需要通过舔左边或右边的水管来做出行为学选择 (D) 听觉分别行为学训练过程 每个曲 线代表一次训练 session 每天 1 个 session 每个 session 进行 次 trial. 小鼠在 7 天内 可达到行为成绩的平台期 正确率 >85% (E) 小鼠听觉分辨的心理物理曲线 每个点为 ~200 trials 的平均成绩 图 2. (A, B) 与听觉行为学匹配的在体双光子显微镜 系统 (A) 定制设计的大型双层隔音箱 衰减噪音 ~70dB (B) 镜头可自由转动的双光子显微镜 可适 用于听觉皮层等侧面脑区 (C) 听觉 2AFC 与双棍 光子成像相结合的示意图 (D) 在体双光子成像系 统 可对清醒动物听觉皮层第一层顶树突到第五层 椎体神经元胞体进行功能成像 左侧 第 5 层神经 元三维重构 右侧 第一层顶树突对两种不同频率 声音的荧光钙信号反应 亮度表示反应强度 开发 培育可用于细胞特异性功能成像 光遗传操控的小鼠遗传品系 初步研究结果 长程反馈联结研究的初步结果 清醒的感知行为过程中感觉皮层对自下而上的前馈感觉输入信息和自上而下 top-down 的反馈信息 进行整合 本研究组目前对听皮层接受的自上而下的长程反馈联结进行了初步的解剖学分析 结果表明顺 行和逆行环路示踪实验表明长程反馈通路可分为两类 1. 皮层到皮层的直接反馈投射 包括 posterior parietal cortex (PPC) M2 到 A1 的投射 2. 皮层 - 丘脑 - 皮层的间接反馈投射 包括 A2 insular cortex 到 dorsal MGB 投射 dorsal MGB 到 A1 的第一层投射等 图 3 图 3. MGB 参与反馈的解剖学基础 左图 在 dorsal medial MGB 的 AAV-GFP 转染结果显示这一区域主要 投射到听觉皮层的第一层 因此可能参与反馈调节 右 图 在 ventral MGB 的 AAV-GFP 转 染 结 果 显 示 ventral MGB 主要投射到听觉皮层的第 4 层 而不是 第一层 因此可能主要参与前馈性的感觉传入 年度报告

55 State Key Laboratory of Neuroscience 许 晓 鸿 本 能 行 为 研 究 组 教 育 经 历 2000 年 08 月 年 09 月, 美 国 凯 斯 西 储 大 学, 神 经 生 物 学, 博 士 1996 年 09 月 年 07 月, 北 京 大 学, 生 物 技 术, 学 士 工 作 经 历 2012 年 10 月 - 至 今, 中 国 科 学 院 神 经 科 学 研 究 所, 研 究 员, 博 士 生 导 师 2011 年 10 月 年 10 月, 美 国 加 州 大 学 旧 金 山 分 校, 专 家 助 理 2006 年 10 月 年 09 月, 美 国 加 州 大 学 旧 金 山 分 校, 博 士 后 获 奖 及 项 目 支 持 情 况 2013 年 01 月 年 12 月, 中 组 部 第 九 批 千 人 计 划 ( 青 年 ) 2008 年 01 月 年 12 月, 加 州 大 学 旧 金 山 分 校 Sandler 博 士 后 奖 励 1999 年, 北 京 大 学 Sumitomo 奖 学 金 研 究 目 标 下 丘 脑 位 于 大 脑 的 底 部, 在 包 括 人 类 在 内 的 多 个 物 种 中 行 使 着 调 节 激 素 分 泌 和 控 制 行 为 输 出 的 重 要 功 能 本 实 验 室 以 小 鼠 为 动 物 模 型, 通 过 分 子 遗 传 学 电 生 理 和 光 遗 传 学 等 方 法 系 统 研 究 下 丘 脑 在 交 配 行 为 攻 击 行 为 及 母 性 行 为 等 多 种 本 能 社 会 行 为 的 具 体 功 能, 探 索 大 脑 控 制 复 杂 行 为 的 基 本 原 则 具 体 研 究 目 标 包 括 以 下 几 个 方 面 : 1. 解 析 下 丘 脑 特 定 核 团 及 神 经 元 类 型 在 本 能 行 为 中 的 作 用 ;2. 追 踪 下 丘 脑 控 制 本 能 行 为 的 神 经 环 路 机 制 ;3. 探 索 本 能 行 为 可 塑 性 的 遗 传 和 神 经 机 制 ;4. 探 索 本 能 行 为 的 神 经 发 育 基 础 现 阶 段 的 工 作 主 要 集 中 在 下 丘 脑 内 侧 视 前 核 近 期 主 要 学 术 论 文 1. Xu.X. * (2013) Modular genetic control of innate behaviors. Bioessays 35(5): Xu.X.,Coats,J.K.,Yang,C.F.,Wang,A.,Amhed,O.M.,Alvarado.M.,Izumi.T.,and Shah.N.M.* (2012) Modular genetic control of sexually dimorphic behaviors. Cell 148(3): Tollkuhn.J.,Xu.X., and Shah.N.M.* (2010) A custody battle for the mind:evidence for extensive imprinting in the brain. Neuron 67(3): Xu.X.,Scott.M., and Deneris.E.S.* (2006) Shared long-range regulatory elements coordinate expression of a gene cluster encoding nicotinic receptor heteromeric subtypes. Molecular and Cellular Biology 26(15):5636 年 度 工 作 进 展 与 中 枢 系 统 的 其 他 结 构 相 比, 下 丘 脑 结 构 微 小 核 团 多 样 功 能 复 杂, 造 成 长 期 以 来 对 于 下 丘 脑 的 研 究 局 限 于 使 用 非 特 异 性 损 伤 或 药 理 学 实 验 为 了 突 破 这 一 现 状, 申 请 人 的 实 验 室 成 功 搭 建 了 光 遗 传 学 平 台, 利 用 定 位 注 射 的 方 式 将 编 码 光 敏 感 离 子 通 道 的 腺 病 毒 微 量 注 射 到 下 丘 脑 的 不 同 核 团 并 埋 植 光 纤, 由 此 能 通 过 光 刺 激 实 时 操 纵 下 丘 脑 不 同 核 团 的 神 经 活 动, 分 析 下 丘 脑 神 经 活 动 与 动 物 行 为 输 出 在 秒 数 级 别 上 的 相 关 关 系 2014 年 度 报 告 55

56 神经科学国家重点实验室 利用这一光遗传学平台 我们研究了内侧视前核 Medial Preoptic Area MPOA 在雄性交配和母性行为中的作用 我们 之前的研究发现 MPOA 在小鼠的雄性交配和母性行为中被激 活 而抑制 MPOA 神经活动则阻断这两种行为的发生 这说明 MPOA 神经活动是这两种行为发生的必要条件 这些发现与他 人的文献报道基本一致 然而对于 MPOA 神经活动是否是雄性 交配和母性行为发生的充分条件这一问题还从未被验证过 为 图 1. 光激活内侧视前核神经元诱导雄性交配行为的发 生 A-E 光激活内侧视前核神经元在雄鼠和雌鼠中均 诱导 mount 行为的发生 F-J 光激活内侧视前核神经元 在雄鼠和雌鼠中均诱导 intromission 行为的发生 K 光 激活内侧视前核神经元诱导雄鼠和雌鼠对于不同于雌鼠 的其他刺激也发生交配行为 L 光诱发的行为在雄鼠 中依赖于性激素 *p<0.05 **p<0.01 ***p<0.001 n=10/male 15/female 此 我们在雌性和雄性小鼠的 MPOA 神经元中表达光敏感蛋白 ChR2 并给以光刺激 我们发现光刺激能有效地诱导雄鼠对于雌 鼠表现出交配行为 相应的 光刺激也能诱导雄鼠对于其他雄鼠 乃至大鼠表现出交配行为 这充分说明 MPOA 神经活动是雄性 交配行为的充分条件 意想不到的是 光刺激也能诱导在雌性小 鼠表现出雄性交配行为 并且其诱导效率与雄鼠相当 这些结果 表明虽然雌性个体在正常情况下极少表现出雄性交配行为 但是 在雌鼠的 MPOA 中同样存在着介导雄性交配行为的神经环路 图 1 类似的 我们发现光激活 MPOA 可以在雌鼠和雄鼠中都诱 导出母性行为 而在同时给予幼崽 雌鼠和窝等多种刺激的情况 下 光诱导出交配行为 叼幼崽或者是做窝行为的随机发生 图 2 综上 我们的研究首次证明 图 2. 光激活内侧视前核神经元诱导母性行为的发生 A-E 光激活内侧视前核神经元在雄鼠和雌鼠中均诱导 retrieval 行为的发生 F-J 光激活内侧视前核神经元在雄鼠和雌鼠中均诱导 nest building 行为的发生 K 光激活内侧视前核神经 元诱导雄鼠和雌鼠对于不同于幼崽的其他刺激也发生 retrieval 行为 L 在给以多种刺激的情况下光诱导多种 行为混合随机发生 *p<0.05 **p<0.01 ***p<0.001 n=13/male 20/female MPOA 神经活动是雄性交配行为 和母性行为的必要条件 并且雌 雄个体的 MPOA 中同时存在着介 导这两种行为的神经环路 未来 我们将利用细胞特异性 Cre 转基 因小鼠品系解析内侧视前核不同类型神经元在行为发生中的具体作用 我们以上的研究也引发了一个关于行为抉择的重要问题 面对不同的刺 激或者是在经历不同内在状态的情况下 动物是如何准确而合理的选择正确 的行为输出呢 而在优胜劣汰的进化史中 有效的行为抉择显然关乎个体乃 至种族的生存与繁衍 为了回答这一问题 我们探索了饥饿和母性行为之前 的关系 文献报道 激活下丘脑弓状核 Arcuate Nucleus, Arc 中 Agrp+ 神 经元可以在不影响正常代谢的情况下模拟饥饿感 诱发摄食行为 我们通过 杂交转基因小鼠得到在弓状核 Agrp+ 神经元中特异表达 ChR2 的后代 并在 其大脑中埋植光纤 我们发现光刺激在诱发饥饿感和摄食行为的同时也抑制 母性行为的发生 而与之对应的幼崽刺激也可以减低光刺激时小鼠的饥饿感 和摄食量 图 3 因此 我们的结果显示饥饿和母性行为在行为学意义上 存在着相互抑制的关系 未来我们将通过追踪这两种行为的神经回路来解释 这种行为学上的相互抑制是否是通过神经环路间的相互抑制作用而介导的 年度报告 图 3. 饥饿和母性行为存在着相互抑制的 作用 A 模拟饥饿感的转基因小鼠模型 B 光激活 Agrp+ 神经元诱导摄食行为 C-F 光激活 Agrp+ 神经元抑制母性行为 的发生 G 幼崽刺激减少饥饿感所诱 发的摄食量 *p<0.05 **p<0.01 ***p<0.001 n=16

57 State Key Laboratory of Neuroscience 实验室大事记 年 3 月 17 日 神经科学国家重点实验室第二届学术委员会第三次会议在中科院上海生命科学 研究院神经科学研究所召开 会议由学术委员会主任蒲慕明院士主持 出席会议的学术委员有 生物化学 与细胞生物学研究所林其谁院士 中国医学科学院强伯勤院士 水生生物研究所朱作言院士 神经科学研 究所郭爱克院士和王以政研究员 上海交通大学陈国强教授 复旦大学郑平教授 第四军医大学陈军教授 昆明动物研究所宿兵研究员 神经科学研究所党委书记兼副所长王燕 重点实验室副主任周嘉伟研究员 重点实验室全体固定研究组组长和新申请加入实验室的研究组长也参加了此次会议 昆明动物研究所季维智研究员为全所师生作了题为 Mediate Gene Targeting in Monkeys with CRISPR/ Cas9 and TALEN 的学术报告 介绍了其实验室在灵长类转基因研究工作中取得的成果 并与大家就相关 技术问题进行了探讨 重点实验室主任王以政研究员围绕人才队伍 开放交流 平台建设 研究成果等多 个方面 作了重点实验室 2013 年度工作总结报告 并提出了 2014 年度工作计划 神经科学研究所蔡时青 何杰 孙衍刚和徐宁龙 4 位新申请加入国家重点实验室固定研究组的研究组长做了入室申请报告 最后 与会专家就实验室人才队伍 研究方向 评估体系 开放交流等方面提出了宝贵意见 建议实验室扩充体量 加强现有研究方向的人才引进 鼓励实验室内部合作 发挥团队协作优势 探索合理的评估体系 稳定踏 实做科研工作的队伍 继续加强开放交流 年 4 月 30 日 神经科学国家重点实验室 2014 年开放课题评审和考核会议在中科院上海生命 科学研究院神经科学研究所召开 会议邀请了上海交通大学医学徐天乐教授 复旦大学脑科学研究院郑平 教授 实验室王以政 周嘉伟和杜久林研究员对实验室 2011 年延续开放的课题 1 项 2012 年开放课题 4 项 和 2013 年开放的 4 项课题进行了结题考核 同时对 2014 年新申请的 8 项课题进行了评审 通过了 7 项 2014 年度报告 57

58 神经科学国家重点实验室 共对上海交通大学附属新华医院 仁济医院 哈尔滨医科大学 南方科技大学和河北师范大学等单位开放 经费 90 万元 年 10 月 8 日至 9 日 神经科学国家重点实验室和香港科技大学分子神经科学国家重点实验 室 2014 联合研讨会在神经科学研究所顺利举行 分子神经科学国家重点实验室代表叶玉如 张明杰 Karl Herrup 温子龙 刘凯和 Hyokeun Park 教授与神经科学国家重点实验室全体研究员参加了会议 本次会议 是双方国家重点实验室自 2009 年签署伙伴合作实验室以来第三次联合研讨会 会议首先由双方实验室首次参加联合研讨会的研究人员进行了自我介绍 之后两个实验室的 9 位研究 组长进行了学术交流 他们分别从分子神经生物学 发育神经生物学 系统神经生物学和神经系统疾病研 究方面介绍了各自的工作 全体参会人员就具体的科研问题进行了讨论 增加了双方实验室的了解 学术交流部分结束后 双方实验室就如何进一步加强合作进行了讨论 建议双方应积极寻找资助途径 互送学生至对方实验室进行学习和交流 2015 年双方的联合研讨会拟在深圳举行 会议将邀请分子神经科 学国家重点实验室的博士后和研究生参加 扩大交流范围 年度报告

59 State Key Laboratory of Neuroscience 年 2 月 12 日 3 月 17 日 5 月 5 日 8 月 11 日和 10 月 8 日分别举行了主题为实验室 2013 年 工作总结及 2014 年工作开展 邀请生物医学动物模型国家地方联合工程研究中心季维智研究员做学术报告 斑马鱼相关研究组学术报告 研究组研究进展报告和与香港分子神经科学国家重点实验室联合研讨为主题 的学术沙龙活动 并将学术沙龙的活动频次由原来的每季度一次提高到每两个月一次 增加了研究组长交 流的机会 2014 年度报告 59

60 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 实 验 室 2014 年 发 表 SCI 研 究 论 文 24 篇 实 验 室 文 章 列 表 序 号 论 文 信 息 Zheng, J., Li, S., Zhang, X., Miao, W., Zhang, D., Yao, H., and Yu, X.* (2014) Oxytocin mediates early experience dependent cross-modal plasticity in the sensory cortices. Nat. Neurosci. 17: Xiu, J., Zhang, Q., Zhou, T., Zhou, T., Chen, Y., and Hu, H.* (2014) Visualizing an emotional valence map in the limbic forebrain by TAI-FISH. Nat. Neurosci. 17: Xu, X., Deng, C., Liu, Y., He, M., Peng, J., Wang, T., Yuan, L., Zheng, Z., Blackshear, P., and Luo, Z.* (2014) MARCKS regulates membrane targeting of Rab10 vesicles to promote axon development. Cell Res. 24: Li, T., Tian, C., Scalmani, P., Frassoni, C., Mantegazza, M., Wang, Y., Yang, M., Wu, S., Shu, Y.* (2014) Action potential initiation in neocortical inhibitory interneurons. PLoS Biol. 12: e He, L., Liu, N., Cheng, T., Chen, X., Li, Y., Shu, Y., Qiu, Z., and Zhang, X.* (2014) Conditional deletion of Mecp2 in parvalbumin-expressing GABAergic cells results in the absence of critical period plasticity. Nat. Commun. 5: Wang, J., Chen, F., Fu, X., Ding, C., Zhou, L., Zhang, X., and Luo, Z.* (2014) Caspase-3 cleavage of dishevelled induces elimination of postsynaptic structures. Dev. Cell 28: Huang, W., She, L., Chang, X., Yang, R., Wang, L., Ji, H., Jiao, J., and Poo, M.* (2014) Protein kinase LKB1 regulates polarized dendrite formation of adult hippocampal newborn neurons. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 111: Xu, M., Zhang, S., Dan, Y., and Poo, M.* (2014) Representation of interval timing by temporally scalable firing patterns in rat prefrontal cortex. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 111: Wang, X., Chen, C., Zhang, D., and Yao, H.* (2014) Cumulative latency advance underlies fast visual processing in desynchronized brain state. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 111: Wang, K., Gong, J., Wang, Q., Li, H., Cheng, Q., Liu, Y., Zeng, S., and Wang, Z.* (2014) Parallel pathways convey olfactory information with opposite polarities in Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 111: Guo, Y., Wang, Y., Wang, Q., and Wang, Z.* (2014) The role of PPK26 in Drosophila larval mechanical. Cell Reports 9, 1 8 (November 20,2014). Deng, C., Lei, W., Xu, X., Ju, X., Liu, Y., and Luo, Z.* (2014) JIP1 mediates anterograde transport of Rab10 cargos during neuronal polarization. J. Neurosci. 34: 影 响 因 子 课 题 组 于 翔 胡 海 岚 罗 振 革 舒 友 生 章 晓 辉 罗 振 革 蒲 慕 明 蒲 慕 明 姚 海 珊 王 佐 仁 王 佐 仁 罗 振 革 年 度 报 告

61 State Key Laboratory of Neuroscience 序 号 论 文 信 息 Chen, X., Rasch, M., Chen, G., Wu, S., and Zhang X.* (2014) Binocular input coincidence mediates the critical period plasticity of developing mouse visual cortex. J. Neurosci. 34: Yin, J., Liu, X., Yuan, J., Jiang, J., and Cai, S.* (2014) Longevity manipulations differentially affect serotonin/dopamine level and behavioral deterioration in aging Caenorhabditis elegans. J. Neurosci. 34: Wu, K., He, M., Hou, Q., Sheng, A., Yuan, L., Liu, F., Liu, W., Li, G., Jiang, X., and Luo, Z.* (2014) Semaphorin 3A activates the guanosine triphosphatase Rab5 to promote growth cone collapse and organize callosal axon projections. Sci. Signal. 7: ra81. Ma, C.*, Yao, M., Zhai, Q., Jiao, J., Yuan, X., and Poo, M.* (2014) SIRT1 suppresses self-renewal of adult hippocampal neural stem cells. Development 141: Tian, C., Wang, K., Ke, W., Guo, H., and Shu, Y.* (2014) Molecular identity of axonal sodium channels in human cortical pyramidal cells. Front. Cell Neurosci. 8: 297. Liu, K., and Yao, H.* (2014) Contrast-dependent OFF-dominance in cat primary visual cortex facilitates discrimination of stimuli with natural contrast statistics. Eur. J. Neurosci. 39: Liu, H., Zhou, B., Yan, W., Lei, Z., Zhao, X., Zhang, K., and Guo, A.* (2014) Astrocytelike glial cells physiologically regulate olfactory processing through the modification of ORN-PN synaptic strength in Drosophila. Eur. J. Neurosci. 40: An, X., Gong, H., McLoughlin, N., Yang, Y.*, and Wang, W.* (2014) The mechanism for processing random-dot motion at various speeds in early visual cortices. PLoS One 9: e Xia, Y., Zhao, Y., Yang, M., Zeng, S.*, and Shu, Y.* (2014) Regulation of action potential waveforms by axonal GABAA receptors in cortical pyramidal neurons. PLoS One 9: e An, X., Gong, H., Yin, J., Wang, X., Pan, Y., Zhang, X., Lu, Y., Yang, Y., Toth, Z., Schiessl, I., Mcloughlin, N., and Wang, W.* (2014) Orientation-cue invariant population responses to contrast-modulated and phase-reversed contour stimuli in macaque V1 and V2. PLoS One 9: e Li, H., Luo, J., Lu, Y., Kan, J., Spillmann, L., and Wang, W.* (2014) Asymmetrical color filling-in from the nasal to the temporal side of the blind spot. Front. Hum. Neurosci. 8: 534. Hu, Y., Li, S., Jiang, H., Li, M.*, and Zhou, J.* (2014) Ephrin-B2/EphA4 forward signaling is required for regulation of radial migration of cortical neurons in the mouse. Neurosci. Bull. 30: 影 响 因 子 课 题 组 章 晓 辉 蔡 时 青 罗 振 革 蒲 慕 明 舒 友 生 姚 海 珊 郭 爱 克 王 伟 舒 友 生 王 伟 王 伟 周 嘉 伟 2014 年 度 报 告 61

62 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 实 验 室 开 放 课 题 指 南 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 开 放 课 题 申 请 指 南 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 于 2009 年 10 月 25 日 由 科 技 部 批 准 正 式 成 立 目 前, 实 验 室 主 要 定 位 于 神 经 科 学 问 题 的 前 瞻 性 基 础 研 究, 围 绕 脑 的 可 塑 性 这 一 主 题, 设 神 经 发 育 突 触 可 塑 性 与 学 习 记 忆 感 觉 信 息 处 理 和 相 关 疾 病 发 病 机 制 四 个 研 究 方 向 为 充 分 发 挥 国 家 重 点 实 验 室 研 究 实 施 和 基 地 作 用, 本 实 验 室 设 开 放 课 题, 支 持 与 本 重 点 实 验 室 目 前 主 要 研 究 方 向 相 关 的 基 础 研 究 项 目, 并 鼓 励 应 用 基 础 和 交 叉 学 科 研 究, 适 当 向 疾 病 研 究 方 向 倾 斜 相 关 要 求 参 见 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 开 放 课 题 管 理 办 法, 现 将 有 关 要 求 通 知 如 下 : 一 资 助 领 域 1. 神 经 干 细 胞 及 神 经 发 育 2. 神 经 退 行 性 疾 病 基 础 研 究 3. 突 触 发 育 和 可 塑 性 4. 感 觉 行 为 的 神 经 环 路 机 制 二 申 请 要 求 1. 申 请 资 格 : 申 请 人 应 是 副 教 授 或 副 研 究 员 以 上, 具 有 独 立 工 作 能 力 的 神 经 科 学 科 研 工 作 者 申 请 人 应 以 本 实 验 室 的 一 个 研 究 组 为 依 托, 受 到 资 助 后 在 依 托 研 究 组 进 行 研 究 工 作 2. 申 请 和 审 批 程 序 : 课 题 申 请 者 填 写 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 开 放 课 题 申 请 书, 一 式 两 份, 经 所 在 单 位 同 意 并 加 盖 公 章 后, 向 中 国 科 学 院 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 申 报, 同 时 提 交 电 子 版 重 点 实 验 室 将 组 织 相 关 专 家 对 所 有 申 请 项 目 先 进 行 评 审, 根 据 评 议 情 况 择 优 资 助 3. 发 表 学 术 论 文 时 按 以 下 格 式 共 同 署 名, 署 名 排 序 由 研 究 者 和 依 托 实 验 室 负 责 人 根 据 双 方 在 工 作 中 的 贡 献, 并 依 照 国 际 通 行 的 惯 例 讨 论 确 定 中 文 : 中 国 科 学 院 上 海 生 命 科 学 研 究 院 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 英 文 :State Key Laboratory of Neuroscience, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences 三 联 系 方 式 联 系 人 : 王 爱 芹 电 话 : 传 真 : E Mail :[email protected] 地 址 : 上 海 市 岳 阳 路 320 号 神 经 科 学 国 家 重 点 实 验 室 邮 编 : 年 度 报 告

63 State Key Laboratory of Neuroscience 2014 年 度 报 告 63

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