脳をマッピングするための「バーコード」を開発する

2012年10月24日水曜日
コールドスプリングハーバー研究所（ニューヨーク）の神経科学者チームは、「PLoS Biology」誌に掲載されたエッセイで、マウス脳全体の神経接続性（「コネクトーム」）の可能性を決定する革新的な新しい方法を提案しました'。
Anthony Zador教授が率いるチームは、ニューロンの接続性の完全な説明を提供することを目指しています。 現在、この情報を高精度で取得する唯一の方法は、電子顕微鏡による各細胞のシナプスの検査に基づいています。 しかし、この方法は遅く、高価であり、多くの作業が必要です。
現在、Zadorと彼の共同研究者は、個々のニューロンと同じ解像度でニューロン回路の接続性をテストするための高性能DNAシーケンスを提案しています。 研究者によると、「私たちは、BOINCと呼ばれる開発中のプロセスを通じてそれを行うつもりです：各神経接続のバーコード」。
この提案は、米国のいくつかの科学チームが哺乳類の脳のつながりをマッピングする取り組みを進展させているときに行われます。 これらの研究では、トレーサー色素またはウイルスの注入を使用して、メソスコピックスケールで神経の接続性をマッピングします。これは、脳の領域間の神経線維を追跡することを可能にする中程度の解像度です。
ただし、Zadorチームは、個々のニューロンのペア間のシナプス接触のレベルで、前述のメゾスコピックスケールを超える接続性を追跡したいと考えています。 ザドールによると、BOINCバーコード技術は「回路によって実行されるプロセスの即時ビューを提供する」可能性があります。 一方、BOINCメソッドは、電子顕微鏡法に基づくアプローチよりもはるかに高速で安価であることが約束されています。
BOINCメソッドは3つのステップで構成されます。 まず、各ニューロンに特定のDNAバーコードがタグ付けされます-DNAの20個のランダムな「文字」だけで構成されるバーコードは、マウスの脳のものよりもはるかに多い10億個のニューロンにタグ付けできます。
2番目のステップでは、シナプス的に接続されているニューロンと、それぞれのバーコードが関連付けられています。 これは、仮性狂犬病ウイルスなどのシナプスを介して遺伝物質を移動できるウイルスによって実現されます。 「シナプスを介してバーコードを共有するには、ウイルスが独自の遺伝子配列内でバーコードを運ぶように設計する必要があります」と、Zador氏は説明します。ニューロンは、バーコードバッグで終わります。バーコードバッグには、独自のコードとシナプス結合パートナーのコードが含まれています。
この方法の3番目のステップは、シナプス的に接続されたニューロンのバーコードを結合して個々のDNA片を作成し、それを高いシーケンス性能の方法で読み取ることです。 これらの二重バーコードシーケンスは、脳のシナプス配線図を明らかにするために計算により計算できます。
Zador氏は、BOINCがテストフェーズに合格した場合、哺乳類の脳複合体のコネクトームであっても、コネクトームを低コストで高速にマッピングできると述べています。

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