蛋白質路標指導神經連接的形成

大腦相互連接的神經細胞複雜的纏結處理視覺圖像，回憶記憶，控制運動功能並協調無數其他功能。神經科學的一個主要目標是了解大腦是如何「連接」的，換句話說，大腦的所有神經元如何知道它們應該如何相互連接才能實現最佳功能？

果蠅果蠅是了解遺傳信息如何控制神經傳遞的理想模型系統，因為果蠅具有硬連線的大腦，這意味著兩隻普通蒼蠅的大腦中的神經聯繫可能幾乎相同。但是，幾乎相同並不意味著果蠅的大腦很簡單。僅蒼蠅的視神經葉區域就有60,000個腦細胞。每個神經元如何知道大腦發育過程中建立的聯繫？

現在，加州理工學院的研究人員已經確定了蒼蠅視覺系統的一部分是如何形成的，這是理解大腦連接性的重要組成部分。

一紙描述研究發表在期刊網上生活。這項工作是在Kai Zinn，Howard和Gwen Laurie Smits生物學教授的實驗室中完成的。Zinn是Caltech天橋大學和Chrissy Chen神經科學研究所的附屬教師。

1960年代，加州理工學院的神經科學家和諾貝爾獎獲得者羅傑·斯佩里（Roger Sperry）提出，神經迴路的組裝是由細胞表面蛋白（位於神經元和其他細胞外表面的蛋白）之間的相互作用所指導的。Sperry的假設基於他在青蛙和魚腦中的光通路實驗而得出的假設，即這些蛋白質像路標一樣起作用，將大腦中的單個神經元標記為眼睛中神經元的適當靶標。Zinn實驗室的這項新工作可鑑定果蠅中具有這些路標功能的大腦和眼睛細胞表面蛋白。

幾年前，史丹福大學和加州理工學院的Zinn研究人員在實驗室培養皿中表達了200種不同的果蠅細胞表面蛋白，並表征了這些蛋白在試管中的所有結合反應（約40,000種可能的組合）。

這項工作揭示了被稱為Dprs和DIPs的兩個細胞表面蛋白家族之間具有特定的親和力，並且在神經元表面上發現了這兩個家族的成員。Zinn實驗室的研究人員一直試圖了解這種相互作用如何在神經發育中發揮作用。

eLife論文中描述的研究集中於特定的Dpr-DIP配對Dpr11和DIP-gamma，這種配對發生在使果蠅看到顏色的神經迴路之一中。Dpr11蛋白存在於處理紫外線並與表達DIP-γ的特定細胞類型（靶神經元）建立聯繫的某些感光器上。研究人員研究了這種神經迴路如何確保組裝過程中每個感光體與正確的配偶相匹配。他們發現，在正在發展的視覺系統中建立神經連接時，目標神經元會大量生成並競爭其感光受體伴侶。由於光感受器上的Dpr11和目標神經元上的DIP-γ之間存在相互作用，因此這種匹配是可能的。因此，如果兩種蛋白質都不同時表達（情況就是這樣，例如，在dpr11或DIP-γ基因突變的果蠅中，目標神經元死亡，神經迴路無法正常發育。對突變果蠅的神經聯繫的分析表明，它們應該在色覺方面有缺陷。

儘管研究人員發現這種特定的Dpr / DIP配對對於正確地形成神經迴路至關重要，但是任何給定的神經元都表達約250種不同的細胞表面蛋白，這使得對細胞表面蛋白如何控制連通性的分析非常複雜。未來的工作將繼續研究如何通過Dpr和DIP與其他細胞表面蛋白之間的配對來確定突觸連接性，其最終目標是理解創建蒼蠅大腦整個接線圖所需的信息。

描述該研究的論文標題為「 Dpr11和DIP-γ控制果蠅色覺迴路中無長突神經元的相互作用」。