【正文】 方式，完善工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)元環(huán)路模 8 型 ； 9. 了解果蠅蘑菇體內(nèi)各種類(lèi)型神經(jīng)纖維之間的支配關(guān)系和聯(lián)系緊密程度，構(gòu)建計(jì)算模型預(yù)測(cè)這些行為對(duì)環(huán)路之間關(guān)聯(lián)緊密程度的依賴(lài)關(guān)系 ； 10. 揭示 Neuregulin1ErbB4 信號(hào)通路在癲癇發(fā)生發(fā)展中的作用， 確定過(guò)表達(dá) TRPC6 下調(diào) Aβ 的作用 ； 11. 確認(rèn) GAT1 的作用機(jī)理，明確在體情況下 BDNF 對(duì) ASIC 的影響和對(duì)痛覺(jué)的貢獻(xiàn)， .找到精胺增強(qiáng)ASIC 的作用位點(diǎn) 。在理論分析方面，將以實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù) 為基礎(chǔ)，結(jié)合大規(guī)模的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算仿真， 揭示工作記憶和抉擇行為在神經(jīng)元環(huán)路上的計(jì)算 原理 。在實(shí)驗(yàn)方法上， 擁有 非常成熟的單細(xì)胞遷移導(dǎo)向分析等獨(dú)特 技術(shù)。具體表現(xiàn) 為對(duì)神經(jīng)環(huán)路的重要前沿問(wèn)題有顯著突破，在神經(jīng)科學(xué)界取得領(lǐng)先地位 。將 充分利用團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，在以上 三個(gè)研究方向取得 重要 科研成果 。 創(chuàng)新點(diǎn)與特色 ： 在研究?jī)?nèi)容上，綜合考慮不同層次的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在神經(jīng)干細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用；將在大腦皮層和脊髓背角上的研究結(jié)果相互比較和參照，以促進(jìn)對(duì) 各 腦區(qū) 神經(jīng)環(huán)路 發(fā)育機(jī)制的 一般性了解 。在實(shí)驗(yàn)方面，將以果蠅、小鼠和猴作為模式動(dòng)物，采用行為學(xué)、腦片和整體動(dòng)物的示蹤、光學(xué)成像、電生理等技術(shù)，以研究工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)元環(huán)路機(jī)制和功能。 1. 基本完成 Sirt1 調(diào)控的作用方式，整理撰寫(xiě)研究論文，基本完成對(duì)Ezh2 與 miR26 相互作用機(jī)制的探索； 2. 初步明確在 Glu 能神經(jīng)元中表達(dá)外源基因能否改變其遞質(zhì)表型。 GABA 對(duì)前額葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的影響； 探索合成相關(guān)針對(duì) BDNF敏化 ASIC 的干擾肽； 研究 ASIC精胺敏化的抑制劑對(duì)神經(jīng)保護(hù)作用 ； 9． 總結(jié)并撰寫(xiě) 論文。 本課題的關(guān)鍵問(wèn)題 ： 工作記憶 與 價(jià)值抉擇的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制及其神經(jīng)計(jì)算原理。 細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)研究很大程度上依賴(lài)研究技術(shù)的進(jìn)步。我們既在 離 體 細(xì)胞 內(nèi) 研究 信使分子的時(shí)空動(dòng)態(tài)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，也 在 動(dòng)物活體 上 觀 測(cè)分子信號(hào)的動(dòng)態(tài) ， 將 離體與在體研究相統(tǒng)一 。 （ 2） 研究思路的創(chuàng)新。盡管 ROS 信號(hào)研究歷史悠久，制約 ROS 信號(hào)動(dòng)態(tài)研究的主要原因是缺少特異性好、靈敏度高的ROS 探針。 承擔(dān)單位： 北京大學(xué) 課題 組長(zhǎng) ： 姜 明 學(xué)術(shù)骨干： 陶樂(lè)天、姚遠(yuǎn)、楊建生 經(jīng)費(fèi)比例： 12% 課題 6 新模態(tài)、高分辨、高通量時(shí)空動(dòng)態(tài)研究新技術(shù) 研究?jī)?nèi)容 ： 本課題 “新模態(tài)、高分辨率、高通量時(shí)空動(dòng)態(tài)研究新技術(shù) ”的研究集中于發(fā)展與細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)觀測(cè)相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，用以定量化揭示細(xì)胞生命活動(dòng)機(jī)制中的關(guān)鍵問(wèn)題。 2. 建立不同組織特異性表達(dá)cpYFP 的轉(zhuǎn)基因小鼠，并利用激光共聚焦顯微成像技術(shù)，在體水平檢測(cè)到不同組織的超氧炫信號(hào)。 4. 揭示心肌和血管平滑肌細(xì)胞鈣信號(hào)、 ROS 信號(hào)與相關(guān)關(guān)鍵信號(hào)蛋白間的整合調(diào)控關(guān)系，以及鈣信號(hào)穩(wěn)態(tài)失調(diào)所致相關(guān)疾病的分子機(jī)制。 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 四 年 1. 研究鈣小星觸發(fā)鈣火花過(guò)程中鈣釋放通道的時(shí)空募集過(guò)程，建立隨機(jī)動(dòng)力學(xué)模型；研究 ROS 單線態(tài)氧分子對(duì)細(xì)胞線粒體攝鈣蛋白的特異性調(diào)節(jié)，及其所導(dǎo)致的胞漿鈣振蕩變化。 4. 應(yīng)用電生理、顯微成像等技術(shù)方法，利用遺傳干預(yù)動(dòng)物模型在器官和活體動(dòng)物上研究鈣信號(hào)調(diào)節(jié)相 關(guān)蛋白功能，以及這些蛋白失調(diào)所致疾病。 微觀過(guò)程的隨機(jī)性如何整合為系統(tǒng)的穩(wěn)健性是生命科學(xué)、系統(tǒng)與控制科學(xué)、非線性物理科學(xué)共同關(guān)心的基本問(wèn)題，也是需要多學(xué)科共同協(xié)作才能解決的問(wèn)題。 3. 鈣和 ROS 信號(hào)與其它關(guān)鍵信號(hào)蛋白的 動(dòng)態(tài) 相互作用 鈣信號(hào)系統(tǒng)與線粒體 ROS 系統(tǒng)共處于相互調(diào)控的體系，它們都受包括 AdR在內(nèi)的其它信號(hào)系統(tǒng)調(diào)控，也調(diào)控其它信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。發(fā)展多維數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理算法。在本項(xiàng)目中，我們將深入研究超氧炫的產(chǎn)生頻率、動(dòng)力學(xué)特征，以及代謝底物、胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等影響代謝的因素對(duì)超氧炫的動(dòng)態(tài)調(diào)控 ， 闡明ROS 信號(hào)保持穩(wěn)態(tài)的基本條件和影響因素。例如鈣小星觸發(fā)鈣火花的過(guò)程是毫秒時(shí)間尺度的隨機(jī)過(guò)程；超氧炫展示的氧自由基爆發(fā)是秒時(shí)間尺度的，也是隨機(jī)的；信號(hào)蛋白的運(yùn)動(dòng)軌跡、與底物的結(jié)合解離都具有隨機(jī)性。 6. 完成動(dòng)物腫瘤模型的建立；實(shí)現(xiàn)視頻幀率（大于 25 幀 /秒）的高分辨動(dòng)態(tài) SRS 顯微觀察；利用圖像處理及可視化軟件，初步勾勒出細(xì)胞信號(hào)蛋白的時(shí)空動(dòng)態(tài)信息。 3. 實(shí)現(xiàn)小分子探針對(duì)鈣離子信號(hào)的可視化標(biāo)記；確定鈣信號(hào)發(fā)生的精確位置。 6. 利用已有和公用軟件，對(duì)篩選信息的進(jìn)行整理和分析；完成 2020次篩選；建設(shè) SRS 顯微鏡系統(tǒng)；采用基 于數(shù)字 體相 關(guān) (Digital Volume Correlation, DVC)技術(shù)的圖像模式識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)共聚焦熒光圖像的自動(dòng)分割、識(shí)別、匹配，利用小波分析的方法，對(duì)背景噪聲進(jìn)行局部消除。 4. 應(yīng)用基因編碼熒光蛋白技術(shù)體系，建立有關(guān)信號(hào)分子的組織特異性基因編碼熒光蛋白探針表達(dá)動(dòng)物模型?；罴?xì)胞是非常復(fù)雜的系統(tǒng)；盡管生物分子在細(xì)胞內(nèi)的行為具有個(gè)體瞬時(shí)的隨機(jī)性，然而細(xì)胞功能具有系統(tǒng)的穩(wěn)健性。 4. 課題設(shè)置 本項(xiàng)目圍繞總體目標(biāo)，設(shè)立六個(gè)課題組 ： 課題 1 細(xì)胞鈣信號(hào)的時(shí)空特異性調(diào)控 研究?jī)?nèi)容： 通過(guò)過(guò)去三十多 年的不懈探索，細(xì)胞鈣信號(hào)的微觀性質(zhì)已經(jīng)逐步闡明，但這些信號(hào)如何控制并產(chǎn)生復(fù)雜的胞內(nèi)動(dòng)態(tài)行為尚知之甚少，限制了對(duì)有關(guān)生理和病理過(guò)程的深入認(rèn)識(shí)。 3. 創(chuàng)新點(diǎn)與特色： 本項(xiàng)目 是 根據(jù) 國(guó)際研究前沿和熱點(diǎn) ， 結(jié)合 我國(guó)在細(xì)胞信號(hào) 時(shí)空動(dòng)態(tài)研究的 特色和優(yōu)勢(shì)，針對(duì)可能獲得突破的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題而提出的。由于在 心臟細(xì)胞 等 高度分化的細(xì)胞表達(dá)分子探針還有相當(dāng)?shù)睦щy，我們將先用細(xì)胞株和植物細(xì)胞進(jìn)行篩選，條件成熟的探針可以構(gòu)建腺病毒或慢病毒轉(zhuǎn)染表達(dá)體系。這些調(diào)控機(jī)制必然涉及相關(guān)信號(hào)通路一些關(guān)鍵蛋白，我們將通過(guò)對(duì)這些蛋白分子動(dòng)態(tài)和相互作用的研究深入地闡明它們與鈣信號(hào)和ROS 信號(hào)系統(tǒng)的相互調(diào)控。 本課題的關(guān)鍵問(wèn)題 ： 采用不同模式動(dòng)物和在體實(shí)驗(yàn)手段，研究信息傳遞 、 儲(chǔ)存 和 多模態(tài)感覺(jué)信息整合的突觸和環(huán)路機(jī)制。 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 五 年 1. 完善非神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元方面的工作。 1. 獲得 Sirt1 調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞增殖的數(shù)據(jù)；獲得 Ezh2 調(diào)控神經(jīng)元發(fā)育的初步數(shù)據(jù) ； 2. 找到?jīng)Q定 Gad67 在脊髓中時(shí)空正確表達(dá)的調(diào)控序列，獲得 nestin轉(zhuǎn)基因小鼠等多種小鼠 ； 3. 完成 Slit/Robo 調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元遷移的工作，整理并撰寫(xiě)論文 ； 4. 獲得檢測(cè) Rab 及蛋白酶的靈敏方法 ； 5. 完成基因芯片篩選；得到 MeCP2調(diào)控基因表達(dá)的全面數(shù)據(jù)，確認(rèn)MeCP2 對(duì)突觸發(fā)育的作用 ； 6. 闡明錐體細(xì)胞動(dòng)作電位爆發(fā)的離子機(jī)制；揭示視覺(jué)對(duì)聽(tīng)神經(jīng)Mauthner 細(xì)胞聽(tīng)覺(jué)通路的作用 ； 7. 發(fā)現(xiàn)果蠅味覺(jué)二級(jí)和高級(jí)神經(jīng)元以及嗅覺(jué)三級(jí)神經(jīng)元；發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)和鞏固時(shí)序?qū)W習(xí)的條件 ； 8． 建立生理、解剖、光遺傳、行為等研究工作記憶的實(shí)驗(yàn)方法，揭示多巴胺，五羥色胺以及 GABA分別在強(qiáng)化學(xué)習(xí)和抉擇行為動(dòng)態(tài)性調(diào)控中的不同作用 ； 9． 初步探討網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，為后期細(xì)致模擬工作記憶和抉擇行為做準(zhǔn)備 ； 10． 闡明 CDKL5 和 MeCP2 的上下游關(guān)系，建立 ErbB4 的條件敲除小鼠，建立 檢測(cè) Aβ 的系統(tǒng)。 課題三 神經(jīng)環(huán)路信號(hào)傳遞、整合與儲(chǔ) 存 本課題擬采用多種 模式動(dòng)物 （果蠅、斑馬魚(yú)、大 /小鼠）和多種活體實(shí)驗(yàn)手段（電生理、鈣成像、行為等）研究視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等多模態(tài)感覺(jué)信息傳遞、整合與儲(chǔ)存發(fā)生的精確位點(diǎn)和神經(jīng)機(jī)制，探討其對(duì)動(dòng)物行為的作用。 課題一 神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生、遷移與軸突生長(zhǎng) 結(jié)合基因剔除、胚胎電場(chǎng)轉(zhuǎn)基因、組織培養(yǎng)、單細(xì)胞遷移分析、高通量測(cè)序和數(shù)據(jù)分析 等 實(shí)驗(yàn)方法，研究大腦皮層和脊髓背角神經(jīng)元產(chǎn)生和命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)理、神經(jīng) 元 遷移及軸突投射建立的機(jī)制。 五年預(yù)期目標(biāo) : 1) 在神經(jīng)環(huán)路形成分子機(jī)制方面 ，深入認(rèn)識(shí)神經(jīng)干細(xì)胞增殖、分化和命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)制；揭示神經(jīng)元遷移的動(dòng)力原理和導(dǎo)向機(jī)制；進(jìn)一步闡明神經(jīng)元極化的胞內(nèi)外機(jī)制；探索神經(jīng)元樹(shù)突和突觸修剪的分子機(jī)制。 通過(guò)高質(zhì)量的基礎(chǔ)研究 訓(xùn)練來(lái) 提高研究生 和博士后的科研素質(zhì) ， 為 中國(guó) 神經(jīng)科學(xué)后備人才的儲(chǔ)備作出貢獻(xiàn)。因此，本課題的執(zhí)行有充分的保障。主要 學(xué)術(shù) 骨干在神經(jīng)元環(huán)路的實(shí)驗(yàn)記錄與操縱、理論的模擬與分析等方面有多年的積累。 1. 完成 Ezh2 對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生和發(fā)育的調(diào)控方式，整理撰寫(xiě)論文 ； 2. 確定 NP1 及 NP2 如何指導(dǎo)脊髓背角神經(jīng)元軸樹(shù)突的生長(zhǎng)投射，整理并撰寫(xiě)論文 ； 3. 完成 Rab10 對(duì)神經(jīng)元極化作用機(jī)理研究；完成在體檢測(cè)Ncadherin 功能的轉(zhuǎn)基因小鼠的構(gòu)建 ； 4. 完成不同腦區(qū)神經(jīng)元的形態(tài)發(fā)生鑒定，初步得到 MeCP2 調(diào)控樹(shù)突棘發(fā)育的體內(nèi)證據(jù)；整理數(shù)據(jù)、撰寫(xiě)論文 ； 5. 揭示神經(jīng)調(diào)質(zhì)對(duì)軸突 Na+通道的調(diào)制作用及其機(jī)制；揭示視覺(jué) 輸入的動(dòng)態(tài)門(mén)控機(jī)制和行為意義 ； 6. 發(fā)現(xiàn)果蠅味覺(jué)和嗅覺(jué)整合的整合位點(diǎn)；發(fā)現(xiàn)參與 V1 時(shí)序?qū)W習(xí)與記憶的神經(jīng)環(huán)路 ； 7. 深入闡明工作記憶相關(guān)環(huán)路的連接方式，了解蘑菇體的小葉對(duì)感覺(jué)刺激和獎(jiǎng)懲刺激編碼的一般原則 ； 8. 建立猴的工作記憶行為范式，完善描述腦的抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路模型 ； 9. 闡明 MeCP2， CDKL5 和 Ube3A在神經(jīng)元發(fā)育中的作用， 確定分泌酶或降解酶 的作用 ； 10. 明確 Ca2+信號(hào)及其下游通路在慢性痛誘發(fā)和維持中的作用，研究精胺增強(qiáng) ASIC 對(duì)神經(jīng)元興奮性的影響 。 細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子和 miRNA 及胞外誘導(dǎo)因子對(duì)這些發(fā)育環(huán)節(jié)發(fā)揮重要的調(diào)控作用。 項(xiàng)目名稱(chēng)： 細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)的前沿研究和關(guān)鍵技術(shù) 首席科學(xué)家： 王世強(qiáng) 北京大學(xué) 起止年限： 至 依托部門(mén)： 教育部 二、預(yù)期目標(biāo) 本項(xiàng)目的總體目標(biāo)： 我們將在深入分析細(xì)胞鈣信號(hào)、線粒體 ROS 信號(hào)與關(guān)鍵蛋白的時(shí)空動(dòng)態(tài)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)分析和理論建模相結(jié)合的方法系統(tǒng)地分析信號(hào)間相互調(diào)節(jié)、相互控制的關(guān)系，闡明細(xì)胞信號(hào)微觀隨機(jī)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的基本原理，并有重點(diǎn)地揭 示有關(guān)病理?xiàng)l件下信號(hào)系統(tǒng)失穩(wěn)態(tài)的機(jī)制， 為基于 細(xì)胞 信號(hào) 的 藥物創(chuàng)新 提供理論基礎(chǔ)。我們將自行研制 STED系統(tǒng)用于空間高分辨成像，研制 CARS和 SRS 系統(tǒng)用于非熒光探針成像。 以單分子 米氏方程 為基礎(chǔ)建立單分子反應(yīng)模型， 進(jìn)一步 建立分子寡聚體系的數(shù)學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò) Monte Carlo 仿真獲得分子寡聚體系動(dòng)態(tài)行為。 （ 3） 研究方法的創(chuàng)新 。 研究 目標(biāo)： 通過(guò)設(shè)計(jì)和建立新的熒光蛋白表達(dá)體系及小分子熒光標(biāo)記體系，對(duì)鈣致鈣釋放信號(hào)蛋白復(fù)合體 的寡聚狀態(tài) 、 G 蛋白耦聯(lián)受體募集不同亞型磷酸二酯酶的時(shí) 空動(dòng)態(tài)過(guò)程、 ROS 激活 caspase 和鈣依賴(lài)性蛋白激酶 等過(guò)程實(shí)現(xiàn)可視化成像，闡明關(guān)鍵信號(hào)蛋白相互調(diào)控的 分子 機(jī)制。課題三密切配合課題一、二，研究關(guān)鍵信號(hào)蛋白的分子動(dòng)態(tài)和相互作用。確定適合大規(guī)模細(xì)胞的種類(lèi)、 ROS 信號(hào)檢測(cè)或示蹤探針以及 siRNA 轉(zhuǎn)染的參數(shù)等；建立不少于 500 條 siRNA 的文庫(kù)；完成 CARS 顯微鏡的建設(shè)，獲取穩(wěn)定的 CARS 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)脂類(lèi)分子和亞細(xì)胞脂肪顆粒的實(shí)時(shí)觀察。 3. 應(yīng)用小分子探針標(biāo)記，標(biāo)記鈣離子信號(hào)和 ROS 信號(hào)分子；將鈣離子探針與線粒體蛋白特異結(jié)合，對(duì)線粒體 ROS 與鈣相互作用進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)研究 。 5. 進(jìn)一步結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究分子寡聚體系介觀穩(wěn)健性行為；從實(shí)際數(shù)據(jù)反演細(xì)胞信號(hào)動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)和分布函數(shù)。 2. 發(fā)現(xiàn)新的超氧炫關(guān)鍵調(diào)控蛋白，并闡明新的超氧炫信號(hào)調(diào)控機(jī)制 。我們發(fā)現(xiàn) ， LCCRyR 間的 CICR 效率較高，但 RyR 與 RyR 之間在正常生理?xiàng)l件下卻幾乎不能耦聯(lián)。 4. 信號(hào) 分子微觀 隨機(jī) 性與細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng) 穩(wěn)健性 的關(guān)系 各種細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)相互作用的復(fù)雜 系統(tǒng)。我們?cè)谝陨蠈?shí)驗(yàn)研究