Lineage-associated wiring properties of Drosphila brain neurons

果蝇脑神经元的谱系相关布线特性

基本信息

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Brain function is based upon the precise connectivity of a large number of neurons. Connectivity in turn depends in large part on the genetically determined wiring properties of neurons, including their neurite projection, branching, and placement of synaptic contacts with specific partners. To understand and manipulate brain circuits one needs a detailed knowledge of how the genes expressed in a developing neuron control the wiring properties of this cell. For genetic studies, Drosophila offers many advantages, in that virtually every gene can be targeted for knock-out or activation in a cell type selective manner. More importantly in the context of studying neuronal circuitry, the Drosophila brain is composed of a manageable number of stereotyped neuronal lineages, groups of neurons descended from individual stem cells (neuroblasts) born in the embryo. During the course of its proliferation, each neuroblast expresses characteristic sets of genes (transcription factors) which are thought to specify the wiring properties of the neurons born from that particular neuroblast during a particular time interval. These neurons form a so called sublineage. To learn about the genetic control of brain circuitry we and others have taken the approach to document the structural properties of lineages and sublineages, and correlate them to the dynamic pattern of gene expression in the neuroblast. During the previous funding period we have generated detailed maps and 3D models of all lineages constituting the adult and larval brain. We here propose three aims that continue and extend this work. First, we will reconstruct the connectivity of a subset of larval brain lineages and their sublineages that form a particular, well characterized circuit. This reconstruction will be done at a so far unparalleled level of resolution, using a series of several thousand contiguous electron microscopic sections in conjunction with a specially developed software package that allows us to assign all synapses to specific neurons and their lineages. Secondly, we will link the structurally defined lineages mapped in the larval brain with the neuroblasts of the embryo, using a technique that systematically labels all transcription factors expressed in neuroblasts and then follows the expression of these genes from neuroblast to lineage. Thirdly, we will screen for and genetically characterize genes that play a role in directing lineages to their proper place in a circuit.
 描述(适用提供):大脑功能基于大量神经元的精确连通性。连通性反过来很大程度上取决于神经元的遗传确定的接线特性,包括其神经元投影,分支和与特定伴侣的突触接触的放置。要了解和操纵脑电路,需要详细了解发育神经元中基因如何控制该细胞的接线特性。对于遗传研究,果蝇具有许多优势,因为几乎每个基因都可以针对细胞类型的敲除或激活 选择性方式。更重要的是,在研究神经元电路的背景下,果蝇大脑由可管理的刻板印象神经元谱系组成,这些神经元来自胚胎中的单个干细胞(神经细胞)。在其增殖过程中,每个神经细胞表达基因的特征集(转录因子),这些基因集合可以指定在特定时间间隔内从该特定神经细胞出生的神经元的接线特性。这些神经元形成了所谓的sublineage。为了了解脑电路的遗传控制,我们和其他人采取了这种方法来记录谱系和sublineages的结构特性,并将它们与神经细胞中基因表达的动态模式相关联。在上一个资金期间,我们生成了构成成人和幼虫大脑的所有谱系的详细地图和3D模型。我们在这里提出了三个继续并扩展这项工作的目标。首先,我们将重建一个幼虫脑谱系的子集及其sublineages的连通性,这些连通性形成了特定的sublinea, 表征良好的电路。这种重建将在迄今无与伦比的分辨率水平上进行,使用数千个连续的电子显微镜部分与特殊开发的软件包结合使用,该软件包使我们能够将所有突触分配给特定的神经元及其谱系。其次,我们将使用一种系统地标记在神经细胞中表达的所有转录因子,然后遵循这些基因从神经细胞到谱系的表达的技术,将映射在幼虫大脑中的结构定义的谱系与胚胎的神经细胞联系起来。第三,我们将筛选和遗传表征,这些基因在将谱系引导到其在电路中的适当位置中发挥作用。

项目成果

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