绘制神经活动,饶毅接任首都医科大学校长

2019-11-23 08:37栏目:生命科学
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饶毅小组新成果:绘制神经活动“化学地图”

据微博 @支修益大夫 消息,北京大学生命科学学院饶毅教授今天上午正式接任首都医科大学校长。

“哇!”凌晨4点半,原本睡得香甜的小婴儿突然醒来开始哭闹。从出生到快两岁,每天固定的夜哭和别人家“天使宝宝”的故事,让她的父母百思不得其解:究竟是什么影响甚至决定了人的睡眠?

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神经科学家也希望获得这个问题的答案。近日,细胞出版社旗下的学术期刊《神经元》发表了北京大学生命科学学院教授饶毅课题组的一项研究成果。该成果提出“化学连接组”这一新概念,并在果蝇中构建了“化学连接组“遗传资源库。研究人员在对果蝇的实验中发现,至少41个CCT基因调节睡眠。

饶毅,男,1962年出生于江西省南城县,现任北京大学校务委员会副主任、理学部主任、生物学讲席教授。北大麦戈文研究所创始所长、北大-清华生命科学联合中心创始主任、北京脑科学中心创始主任、《知识分子》主编 。

“我们试图构建神经环路中的‘化学地图’,即参与神经活动与信息传递的化学物质在大脑中分布如何。”论文第一作者、北京大学生命科学学院博士后邓博文告诉《中国科学报》:“这是一项如同大海捞针一样的艰巨任务,我们刚刚迈出了第一步。”

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“化学传递学说”2.0

教育经历:

自20世纪30年代“乙酰胆碱”被证实为神经传递的化学物质后,“化学传递学说”成为解释神经细胞之间信息传递的重要观点之一。近一个世纪以来,尽管“化学传递学说”不断完善,但只研究一个、或者少数几个递质和受体,依然难以解释复杂的神经活动现象。

饶毅于1978年至1985年在江西和上海接受医学和研究生教育,1985年赴美在旧金山加州大学念研究生,1991年获博士学位,论文为“果蝇神经发育中细胞间交流的分子和遗传分析”。他在哈佛大学博士期间研究两栖类神经发育的分子机理。

“大脑完成一个活动的背后,往往有许多神经元参与。”邓博文表示,“我们想知道,大脑在完成这个活动具体的神经环路以及神经环路上的信息传递是怎样的。”

1994年至2007年,饶毅分别在美国圣路易斯的华盛顿大学和芝加哥的西北大学任教,研究神经发育的分子和细胞机理,发现两眼来自胚胎早期同一形态发生场,揭示Slit蛋白质的化学排斥性导向作用,研究化学排斥分子Slit和化学吸引分子Netrin的信号转导通路。他实验室还发现神经细胞和白细胞有保守的分子导向机理。

为此,饶毅课题组提出一个新概念——“化学连接组”,旨在发扬和继承“化学传递学说”,在研究单个神经元递质交流的基础上,从整体上研究神经活动过程中所有神经递质及神经调质、神经肽的参与和分布。

2007年,饶毅全职回中国,出任北京大学生命科学学院院长至2013年。他的实验室研究行为和认知的分子机理。2019年,饶毅提出化学连接组的概念(涵盖同一动物中所有的神经递质、神经调质、神经肽及其受体)。饶实验室发明化学连接组学的途径,制备必需的遗传工具,研究CCT中基因和细胞的功能作用、操纵化学传递、揭示神经环路。在人类,饶实验室用遗传学、基因组学和功能性核磁共振研究认知重要的基因和脑区。饶实验室研究对象包括果蝇、蛙、小鼠、大鼠、猴、人,以理解动物中普遍存在的和人特有的基本原理。

“这个新概念让科学家用正在发挥作用的神经递质来绘制大脑成为可能。” 瑞士日内瓦大学医学院基础神经科学系教授克里斯蒂安·卢舍尔(Christian Luscher)称。在他看来,这种方法具有巨大的潜力。

饶毅参与过中国多个科学和教育机构的改革和新建。他协助中国科学院在上海成立神经科学研究所。他参与建立北京生命科学研究所。他组建或共同组建中国科学院上海交叉学科研究中心、北大-清华生命科学联合中心、北大麦戈文/IDG脑研究所、北京脑科学中心。他是西湖大学的共同发起者之一、并曾兼任其基础医学研究所所长。他是中国“未来科学大奖”发起科学家之一,“科学探索奖”的共同发起者。2018年,饶毅出任加拿大Gairdner国际医学大奖医学委员会成员。

中科院生物物理所研究员孙坚原也向《中国科学报》表示:“‘化学连接组学’从化学的角度来审视和定义神经信息处理,很有洞察力。”

饶毅的教学涵盖神经生物学、遗传学、发育生物学、分子生物学、细胞生物学和药理学。自2008年以来,他每年讲授《生物学概念与途径》课程,集中讲授生物学经典实验的来龙去脉:遗传学从Mendel , Miescher , Morgan , Griffith 至Avery, MacLeod and McCarty ,发育生物学从 Roux , Spemann and Mangold , Lewis 至 Nusslein-Volhard and Wieschaus ,神经化学从Bernard , Langley , Elliot 至 Dale and Loewi ,电生理从Adrian , Hodgkin and Huxley , Katz 至 Hubel and Wiesel ,免疫学从Behring and Kitasato , Ehrlich , Owen 至Burnet 。

被广泛接受的“组学”

工作经历:

事实上,“组学”作为一种研究策略,在神经科学中已被广泛接受。据饶毅课题组科研人员总结,当前,有关连接组的研究,微观层面的策略,主要以电子显微镜重构神经环路,介观层面的策略在病毒注射构建神经环路,宏观层面的则是以功能核磁共振为基础显示人脑大尺度的连接。

北京生命科学研究所 学术副所长(2004-2009)

不过,上述三类“组学”仍然难以回答当前神经科学面临的终极问题——神经系统如何连接、连接如何起功能作用、在不同状态中连接组是否改变。

中国科学院 上海交叉学科研究中心 共同主任 (2002-2005)

其中,电子显微镜重构的神经环路能看清神经元的物理位置,但看不到所传递信息的信号;注射病毒的策略仅能追踪脑区,无法涵盖整个神经环路;而核磁共振的策略分辨率太低,难以在分子和细胞水平上开展研究。

Associate Editor, Journal of Neuroscience2001-2006

“化学连接组学”在揭示脑的构成和神经环路方面与已有连接组学互补,尤其在揭示基因与行为和认知的分子机理方面,与随机遗传突变筛选互补,具有专注神经信号的优势。”邓博文告诉《中国科学报》。

Editorial Board, Developmental Biology2006-

孙坚原指出,这项工作还引出了一个神经科学领域内的重要的议题,即“神经信息处理在本质上是电还是化学的”。

Editorial Board, Neuroscience Research2000-2006

“小”果蝇“大”贡献

Editorial Board, Developmental Brain Research2002-2005

在高通量摄像头下,一批果蝇开始运动,连续七天左右,这一批果蝇的运动轨迹被摄像头严格记录下来。

Reviews Editor,Frontier in Neural Circuits2008-

很快,邓博文和同事分析视频数据显示,部分果蝇的睡眠量明显减少。通过初步分析147个CCT基因突变果蝇品系,他们发现了41个基因突变会影响果蝇睡眠。

Editorial Board, NeuroSignal2001-2008

“基于‘组学’的概念,我们追踪了所有的神经递质、神经肽、及他们的受体基因,我们不仅观察这些基因突变的功能,还可结合这些基因表达的细胞类型分析不同细胞在睡眠中的功能。” 邓博文介绍。例如,研究人员发现鱆胺的一个受体参与睡眠调节,并且该受体既表达在神经细胞,也表达在胶质细胞,进一步研究我们发现胶质细胞也会参与睡眠的调节。”

Member,Faculty of 10002001-2006

卢舍尔告诉《中国科学报》,除了睡眠,这一新方法在研究其他脑功能时也有望发挥作用。

Editorial Board,Chinese Science Bulletin2003-2005

他同时表示,果蝇是研究特定基因对脑功能影响的有力模型。“期待看到这一方法在小鼠等哺乳动物身上的应用,最终应用于人类疾病相关研究。

Editorial Board,Neuroscience Bulletin2005-

正规棋牌游戏平台,前述论文写道:“在哺乳类进行‘化学连接组’的想法也引起了我们的注意。”据称,研究人员已设计哺乳动物的“化学连接组”,已取得尚未发表的初步结果。

Editorial Board,Cell Research2006-

DOI:

Editorial Board,Science in China2008-

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Editorial Board,Journal of Molecular Cell Biology 2008-

来源:科技日报综合新浪微博、北京大学生命科学学院官网

编辑:岳靓

审核:管晶晶

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