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逆行性トレーシングは、神経接続をその終点（シナプス）からその発生源（細胞体）まで追跡する神経科学で用いられる研究手法である。逆行性トレーシング技術により、神経系全体にわたる標的のニューロン集団とその入力との間の神経接続を詳細に評価することができる。これらの技術により、特定の構造（例えば、目）のニューロンと脳内の標的ニューロンとの間の接続を「マッピング」することができる。これと反対の技術が順行性トレーシングであり、神経接続をその発生源から終点（すなわち、細胞体からシナプス）まで追跡するために使用される。順行性トレーシング技術と逆行性トレーシング技術は両方とも、軸索輸送の視覚化に基づいている。
テクニック
逆行性追跡は、細胞と注射部位のつながりのマーカーとしてウイルス株を使用するなど、さまざまな方法で達成できます。たとえば、仮性狂犬病ウイルス（PRV、Bartha株）は、シナプスでつながったニューロンの経路を通じて感染が上流に広がる傾向があるため、適切なトレーサーとして使用でき、その回路の性質を明らかにすることができます。[1] [2]
狂犬病は、感染細胞へのダメージレベルが低いこと、ニューロンのみに感染するという特異性、ニューロンからシナプス領域へのウイルス拡散が厳密に制限されていることから、この回路追跡システムに効果的であることが示されています。 [3]これらの要因により、細胞に物理的な損傷を与えることなく、回路内の個々のニューロン接続を明らかにすることができる非常に特異的な追跡が可能になります。[要出典]
もう一つの技術は、麻酔をかけた動物の脳の核に特殊な「ビーズ」を注入することです。[4]動物は数日間生き延びた後、安楽死させられます。投射元の細胞は倒立蛍光顕微鏡で観察されます。[要出典]
ウィッカーシャムとその同僚は、改変された狂犬病ウイルスを使用する専門的な技術を開発しました。このウイルスは単一の細胞に感染し、1つのシナプスを飛び越えることができ、これにより研究者はニューロンの局所的な接続性を調査することができました。[5]
狂犬病ウイルス
狂犬病ウイルスは、標的ニューロンのシナプス末端または軸索に取り込まれた後、小胞に包まれ、軸索ダイニンを介して細胞体に向かって輸送されます。野生型の狂犬病ウイルスでは、ウイルスは複製を続け、中枢神経系全体に広がり、脳全体に全身感染します。[3]狂犬病ウイルスの糖タンパク質（Gタンパク質）をコードする遺伝子を欠失すると、ウイルスの拡散は最初に感染した細胞に厳密に制限されます。Gタンパク質を擬似型化し、遺伝子をCre制御下に置くことで、ウイルスの経シナプス拡散を起源ニューロンへの単シナプス伝達に限定できます。このウイルスの拡散は、緑色蛍光タンパク質などの蛍光遺伝子をウイルスカセットに追加するなどの方法や免疫組織化学によって視覚化できます。[6] [7]
仮性狂犬病ウイルス
ヘルペスウイルス科に属する仮性狂犬病ウイルスは、逆行性および順行性の両方の方法で中枢神経系に広がり、逆行性では神経軸索を上って細胞体および樹状突起に移動します。仮性狂犬病ウイルスのPRV-Bartha株では、3つの重要な膜タンパク質遺伝子が欠失しており、ウイルスの順行性拡散が阻止され、蛍光を追加するなどのウイルスDNAへの追加操作が可能になり、逆行性回路の追跡が可能になります。[8]
フッ素ゴールド
フルオロゴールドはヒドロキシスチルバミジンとしても知られ、非ウイルス性の蛍光逆行性トレーサーであり、軸索を上って樹状突起を横切る動きは蛍光顕微鏡または免疫組織化学によって視覚化できます。[9]
参照
参考文献
- ^ O'Donnell, P.; Lavín, A.; Enquist, LW; Grace, AA; Card, JP (1997). 「ラットの側坐核と視床の間の相互接続された並列回路が、仮性狂犬病ウイルスの逆行性シナプス輸送によって明らかにされた」Journal of Neuroscience . 17 (6): 2143–2167. doi : 10.1523/jneurosci.17-06-02143.1997 . PMC 6793770. PMID 9045740 .
- ^ Luo, AH; Aston-Jones, G. (2009). 「視交叉上核から腹側被蓋野への回路投射：新しい概日リズム出力経路」. European Journal of Neuroscience . 29 (4): 748–760. doi :10.1111/j.1460-9568.2008.06606.x. PMC 3649071. PMID 19200068 .
- ^ ab Davis, Benjamin M.; Rall, Glenn F.; Schnell, Matthias J. (2015-11-06). 「狂犬病ウイルスについてずっと知りたかったことすべて（でも聞くのが怖かったこと）」Annual Review of Virology . 2 (1): 451–71. doi :10.1146/annurev-virology-100114-055157. PMC 6842493 . PMID 26958924.
- ^ Katz, LC; Burkhalter, A.; Dreyer, WJ (1984-08-09). 「視覚皮質のin vivoおよびin vitro研究のための逆行性ニューロンマーカーとしての蛍光ラテックスマイクロスフェア」Nature . 310 (5977): 498–500. Bibcode :1984Natur.310..498K. doi :10.1038/310498a0. PMID 6205278. S2CID 36191957.
- ^ Wickersham IR、Lyon DC、 Barnard RJ、他 (2007 年 3 月)。「遺伝子標的ニューロン 1 個からのシナプス伝達トレーシングの単シナプス制限」。Neuron . 53 (5): 639–47. doi :10.1016/j.neuron.2007.01.033. PMC 2629495 . PMID 17329205。
- ^ TotalBoox; TBX (2011-01-01).狂犬病の研究の進歩。エルゼビアサイエンス。ISBN 9780123870414. OCLC 968996286.
- ^ Huang, Z. Josh; Zeng, Hongkui (2013-07-10). 「マウスの神経回路への遺伝学的アプローチ」Annual Review of Neuroscience . 36 : 183–215. doi :10.1146/annurev-neuro-062012-170307. PMID 23682658.
- ^ Enquist, LW (2002-12-01). 「中枢神経系における仮性狂犬病ウイルスの回路特異的拡散の利用: 病因と回路トレーサーに関する洞察」The Journal of Infectious Diseases . 186 (Supplement_2): S209–S214. doi : 10.1086/344278 . ISSN 0022-1899. PMID 12424699.
- ^ Naumann, T.; Härtig, W.; Frotscher, M. (2000-11-15). 「フルオロゴールドによる逆行性トレーシング：超微細構造レベルでのトレーサー検出のさまざまな方法と長期研究におけるバックフィルドニューロンの神経変性変化」Journal of Neuroscience Methods . 103 (1): 11–21. doi :10.1016/s0165-0270(00)00292-2. ISSN 0165-0270. PMID 11074092. S2CID 24155326.
さらに読む
逆行性トレーシングは、以下の例を含め、幅広い神経科学研究で広く使用されてきました。
- Song, Chenghui; Ehlers, Vanessa L.; Moyer, James R. (2015-09-30). 「痕跡恐怖条件付けは、下辺縁系および前辺縁系皮質における内側前頭皮質–扁桃体基底外側複合体の内因性興奮性を差別的に調節する」。Journal of Neuroscience。35 ( 39 ) : 13511–13524。doi : 10.1523 / JNEUROSCI.2329-15.2015。ISSN 0270-6474。PMC 4588614。PMID 26424895。
- Bácskai, Tímea; Rusznák, Zoltán; Paxinos, George; Watson, Charles (2014-01-01). 「マウス後肢筋を支配する運動ニューロンの筋部位組織: Fluoro-Gold 逆行性トレーシングを用いた定量的研究」.脳の構造と機能. 219 (1): 303–321. doi :10.1007/s00429-012-0501-7. hdl : 20.500.11937/26565 . ISSN 1863-2653. PMID 23288256. S2CID 17675285.
- Schwarz, Lindsay A.; Miyamichi, Kazunari; Gao, Xiaojing J.; Beier, Kevin T.; Weissbourd, Brandon; DeLoach, Katherine E.; Ren, Jing; Ibanes, Sandy; Malenka, Robert C. (2015). 「中枢ノルアドレナリン回路の入出力組織のウイルス遺伝学的追跡」Nature . 524 (7563): 88–92. Bibcode :2015Natur.524...88S. doi :10.1038/nature14600. PMC 4587569 . PMID 26131933.
- 大原 真也; 佐藤 翔; 筒井 健一郎; メンノ ウィッター; 飯島 俊夫 (2013-11-06). 「ラットにおける背側および腹側歯状回への多シナプス入力の組織化: 狂犬病ウイルスベクターを用いた逆行性トランスシナプス追跡」. PLOS ONE . 8 (11): e78928. Bibcode :2013PLoSO...878928O. doi : 10.1371/journal.pone.0078928 . ISSN 1932-6203. PMC 3819259. PMID 24223172 .
- DeNardo, Laura A; Berns, Dominic S; DeLoach, Katherine; Luo, Liqun (2015). 「トランスシナプス追跡によるマウス体性感覚および前頭前野の連結性の検討」Nature Neuroscience . 18 (11): 1687–1697. doi :10.1038/nn.4131. PMC 4624522. PMID 26457553 .