Methods for serially multiplexed labeling in EM reconstructions of brain tissue

脑组织电镜重建中连续多重标记的方法

基本信息

  • 批准号:
    9892040
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-03-13 至 2022-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Tremendous technological progress in the use of serial electron microscopy (EM) for brain circuit mapping has been made over the last decade, and it is possible to directly visualize synaptic connectivity in larger volumes of brain tissue than ever before. Meanwhile, advances in molecular biology have shed new light on the diversity among neurons, particularly with respect to their patterns of gene expression. Currently, there are no methods available to efficiently integrate molecular labels into serial EM reconstructions. The ability to distinguish many molecular cell type markers in serial EM volumes would greatly enhance our ability to study circuit function, neuronal diversity, and neuroplasticity, and to determine how these are affected in disease states. The major barrier to visualizing molecules in serial EM is that the methods used to preserve morphology and generate contrast for serial EM are incompatible with most labels. Several methods have been developed to accommodate this limitation, mainly by using genetic tools to introduce labels before tissue samples are prepared for EM. These approaches are restrictive in that only a few labels can be used in a single sample, genetic manipulation is required, and endogenous molecules cannot be localized. This project will develop approaches that allow many different molecular labels to be differentiated within a single serial EM tissue volume. An innovative strategy will be used: instead of working around the standard serial EM protocol by designing labels that are compatible with it, the focus will be on replacing the incompatible elements of the standard protocol. Circuit reconstruction by serial EM requires a high degree of morphological preservation, which is typically accomplished with harsh chemicals that damage and denature molecules. However, all that is fundamentally required to preserve morphology is to retain as many molecules in the tissue as possible, which is also necessary for molecular labeling. Therefore, tissue preservation protocols will be developed to minimize extraction of molecules without damage or irreversible denaturation. A combination of strategies will be employed, including novel combinations of chemical crosslinkers and embedding resins. These new approaches will offer a means of revealing valuable information about circuit organization and neuronal diversity that is presently inaccessible.
项目概要/摘要 使用串行电子显微镜(EM)研究脑回路的巨大技术进步 过去十年已经完成了映射,并且可以直接可视化突触连接 脑组织的体积比以往任何时候都大。与此同时,分子生物学的进步也带来了新的成果。 揭示神经元之间的多样性,特别是在它们的基因表达模式方面。现在, 目前还没有方法可以有效地将分子标签整合到连续电镜重建中。这 在连续电镜体积中区分许多分子细胞类型标记的能力将大大增强我们的能力 研究回路功能、神经元多样性和神经可塑性,并确定这些在 疾病状态。在连续电镜中可视化分子的主要障碍是用于保存分子的方法 串行 EM 的形态和生成对比度与大多数标签不兼容。几种方法有 已被开发来适应这种限制,主要是通过使用遗传工具在组织之前引入标签 为 EM 准备样品。这些方法具有限制性,因为一个标签中只能使用少数几个标签。 单一样本,需要基因操作,且内源分子无法定位。本项目 将开发允许在单个串行 EM 中区分许多不同分子标签的方法 组织体积。将使用创新策略:而不是围绕标准串行 EM 协议进行工作 通过设计与之兼容的标签,重点将是替换不兼容的元素 标准协议。通过串行 EM 进行电路重建需要高度的形态保存, 这通常是通过破坏分子并使分子变性的刺激性化学物质来完成的。然而,这一切 保持形态的根本要求是在组织中保留尽可能多的分子, 这对于分子标记也是必需的。因此,将制定组织保存方案 最大限度地减少分子的提取,而不会造成损坏或不可逆变性。策略的组合将 可以采用,包括化学交联剂和包埋树脂的新颖组合。这些新 方法将提供一种揭示有关电路组织和神经元的有价值信息的方法 目前无法实现的多样性。

项目成果

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