Dendritome mapping of genetically-defined and sparsely-labeled cortical and striatal projection neurons
遗传定义和稀疏标记的皮质和纹状体投射神经元的树突状图谱
基本信息
- 批准号:10407481
- 负责人:
- 金额:$ 83.74万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-09-01 至 2024-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAdultAgeAnatomyAtlasesAxonBRAIN initiativeBrainCellsCensusesClassificationCommunitiesComputer HardwareComputer softwareCorpus striatum structureCustomDataData SetDatabasesDendritesDendritic SpinesDevelopmentDyesFrequenciesGenerationsGenotypeGolgi ApparatusGrantImageImaging DeviceInitiator CodonLabelMapsMembraneMethodsMitoticMolecularMolecular ProfilingMonstersMorphologyMosaicismMusNational Institute of Mental HealthNeurogliaNeuronsNeurosciences ResearchPathway interactionsPopulationPresynaptic TerminalsPropertyProteinsRBP4 geneReference StandardsReporterResolutionTranslationsVirusVisualizationVisualization softwareWorkbasebioimagingbody positionbrain cellbrain researchcell typecomputerized toolscostdata accessdata centersdata integrationdigitalhippocampal pyramidal neuronimage processinginformatics toolinnovationlogarithmmolecular markermouse geneticsnext generationnovelnovel strategiespostnatalprogramsreconstructionsingle-cell RNA sequencingtool
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Integrating molecular, morphological, and connectomic properties is critical for unbiased
classification of neuronal cell types in the mammalian brain. Here we propose a novel approach to
classify neuronal cell types by brainwide comprehensive profiling of the dendritic morphology of
genetically-defined neurons in the mouse brain. We have developed an innovative mouse genetic tool,
called Mosaicism with Repeat Frameshift (or MORF), which enables sparsely and stochastically labeling
of genetically-defined neurons in mice. MORF reporter mice can label in exquisite detail single neurons from
dendrite and spines to axons and axonal terminals at a labeling frequency of 1-5% of a given neuronal
population. We propose to cross our new MORF lines with Cre mouse lines for striatal medium spiny neurons
(MSNs) of direct- and indirect pathways, and for cortical pyramidal neurons of distinct cortical layers (i.e.
L2/3/4, L5 and L6). Each MORF/Cre mouse will allow us to image the detailed dendritic morphology for
thousands of genetically-defined striatal and cortical neurons (i.e. dendritome). We have also developed and
streamlined imaging and computational tools to acquire and register brainwide single neuron
morphological data onto a standard reference mouse brain atlas. We will digitally reconstruct hundreds of
thousands of MORF-labeled neurons using our novel program called G-Cut. Reconstructed neurons will
subsequently used for morphology based clustering to define new morphological subtypes, which in turn
can be analyzed for the expression of novel molecular markers neuronal cell types (e.g. from single cell
RNA-sequencing). Finally, we will disseminate the data to the Brain Cell Data Center (BCDC) for data
integration with those from other BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) and for data access by
the broader neuroscience research community.
In addition to dendritome data generation and analyses, we will further advance our MORF
method by generating new MORF reporter mouse lines with logarithmic fold decrease in the Cre-
dependent labeling frequencies, which will permit imaging of the complete, brainwide morphology of
genetically-defined single neurons that include both dendritic and axonal arborization. Such tool should
greatly facilitate the neuronal morphology based cell type classification. Finally, we will develop
integrated computer hardware and software for domain-specific computing for automated image
processing and neuronal reconstruction, a major bottleneck in analyzing large bioimage datasets.
Altogether we will provide rich dendritome information to enable unbiased, morphology-based neuronal
cell type classification, and novel mouse genetic tools and computer software and hardware to advance
the field of large-scale neuronal morphological imaging and analyses for the comprehensive study of the
mammalian brain.
项目摘要
整合分子,形态和连接特性对于无偏见至关重要
哺乳动物大脑中神经元细胞类型的分类。在这里,我们提出了一种新颖的方法
通过对树突形态的全面分析对神经元细胞类型进行分类
小鼠大脑中的遗传定义神经元。我们已经开发了一种创新的小鼠遗传工具,
用重复移码(或MORF)称为镶嵌物,可以稀疏和随机标记
小鼠遗传定义的神经元的。 MORF记者小鼠可以用精美的细节标记单个神经元
树突和刺轴突和轴突末端的标记频率为1-5%的给定神经元
人口。我们建议将新的MORF线与纹状体介质神经元的CRE小鼠线越过
直接和间接途径的(MSN),以及不同皮层层的皮质锥体神经元(即
L2/3/4,L5和L6)。每种Morf/Cre鼠标都将使我们能够为详细的树突形态成像
成千上万的遗传定义的纹状体和皮质神经元(即树枝状神经元)。我们也发展了
简化的成像和计算工具以获取和注册全能的单神经元
形态学数据到标准参考小鼠脑图集。我们将数字地重建数百个
使用我们的新型程序G-Cut的成千上万个MORF标记的神经元。重建神经元会
随后用于基于形态学的聚类来定义新的形态亚型,而这又
可以分析新分子标记神经元细胞类型的表达(例如,来自单细胞
RNA序列)。最后,我们将数据传播到脑细胞数据中心(BCDC)以获取数据
与其他大脑倡议细胞普查网络(BICCN)的集成,并通过
更广泛的神经科学研究社区。
除了树枝状数据生成和分析外,我们还将进一步提高MORF
通过生成具有对数折叠的新的MORF报道鼠标线,CRE-
依赖标记频率,这将允许成像完整的,脑形的形态
遗传定义的单神经元,包括树突状和轴突树木。这样的工具应该
极大地促进了基于神经元的细胞类型分类。最后,我们将发展
用于自动图像的域特异性计算的集成计算机硬件和软件
处理和神经元重建,这是分析大型生物图像数据集的主要瓶颈。
我们将共同提供丰富的树枝状信息,以实现公正的基于形态的神经元
细胞类型分类以及新颖的鼠标遗传工具以及计算机软件以及硬件以推进
大规模神经元形态成像和分析的领域,用于综合研究
哺乳动物的大脑。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Exploiting Computation Reuse for Stencil Accelerators.
- DOI:10.1109/dac18072.2020.9218680
- 发表时间:2020-07
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Chi Y;Cong J
- 通讯作者:Cong J
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