Cell | 李毓龍研究組發(fā)文展示新型基因編碼的多巴胺熒光探針
2018年7月12日，學(xué)術(shù)期刊《Cell》在線發(fā)表北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、PKU-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究所李毓龍研究組題為“A genetically-encoded fluorescent sensor enables rapid and specific detection of dopamine in flies, fish, and mice”的研究論文。該研究中，李毓龍研究組開發(fā)了新型、可基因編碼的多巴胺熒光探針，并將其應(yīng)用在果蠅、斑馬魚和小鼠中檢測內(nèi)源多巴胺動態(tài)變化。該探針將成為研究多巴胺相關(guān)神經(jīng)環(huán)路的重要工具。
多巴胺是一種重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)控了一系列關(guān)鍵的神經(jīng)功能，包括學(xué)習(xí)1、獎賞2,3、注意力4和運動控制5等。大腦中多巴胺失調(diào)會導(dǎo)致精神疾病或神經(jīng)退行性疾病，如多動癥6、精神分裂癥7、帕金森氏病8等。此外，多巴胺相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路還是成癮藥物如可卡因等的作用靶點9-12。
為更好地研究多巴胺在生理和病理過程中起到的作用，研究人員需要實時檢測活體內(nèi)特定腦區(qū)的多巴胺信號變化，然而現(xiàn)有的檢測手段并不能滿足研究人員的需求。為了解決這個問題，李毓龍研究組開發(fā)出了可基因編碼的多巴胺探針（GRABDA），將對結(jié)構(gòu)變化敏感的熒光蛋白（cpEGFP）嵌入人源多巴胺受體，使多巴胺這一化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為熒光信號，結(jié)合現(xiàn)有的成像技術(shù)，即可實時監(jiān)測多巴胺濃度的動態(tài)變化情況。李毓龍研究組對探針進行了全方位的優(yōu)化，使其具有極高的分子特異性和時空分辨率。此外，他們還開發(fā)出了具有高/低親和力的兩種版本的探針（分別命名為DA1h和DA1m），適用于多巴胺釋放量不同的腦區(qū)。
基于G蛋白偶聯(lián)受體的多巴胺探針
由于該探針具有可基因編碼的特性，李毓龍研究組通過轉(zhuǎn)染、病毒注射以及構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動物等手段，將探針表達在細胞、小鼠腦片或者活體果蠅、斑馬魚、小鼠中。實驗結(jié)果表明，長時間表達該探針對模式生物的生長狀態(tài)無明顯影響。利用該探針，他們檢測到了電刺激小鼠腦片引發(fā)的多巴胺釋放，并在活體果蠅、斑馬魚和小鼠的大腦中檢測到了與嗅覺刺激、視覺刺激、學(xué)習(xí)記憶、交配行為相關(guān)的多巴胺信號變化。
7月9日，李毓龍研究組在學(xué)術(shù)期刊《Nature Biotechnology》在線發(fā)表的乙酰膽堿探針與本文中的多巴胺探針有著相似的工作原理。兩者都是基于人源神經(jīng)遞質(zhì)受體，將神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合受體所引發(fā)的受體構(gòu)象變化轉(zhuǎn)化為熒光信號的變化，這說明此發(fā)展策略具有可推廣性。這兩項工作為今后大規(guī)模開發(fā)其他神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)探針奠定了扎實的研究基礎(chǔ)。
北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李毓龍研究員為本文的通訊作者。李毓龍研究組博士生孫芳妙、曾健智、井淼為共同第一作者；馮杰思、駱奕辰、雍自昊、王歡為此項研究成果做出了重要貢獻。該工作的合作者有：中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所的杜久林研究組、徐敏研究組；上海交通大學(xué)張思宇研究組；美國國立衛(wèi)生研究院的崔國紅研究組；紐約大學(xué)的林大宇研究組；加州大學(xué)舊金山分校的Anatol C. Kreitzer研究組。本工作獲得了北京大學(xué)膜生物學(xué)國家重點實驗室、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家自然科學(xué)基金、美國腦計劃對李毓龍研究組的大力支持。
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原文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30845-6
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