同济大学发表单细胞转录组研究新成果
人类大脑是极为复杂的，数十亿神经元形成的庞大网络控制着我们的行为和情感。正因如此，解析神经回路的分子基础并不是一件容易的事。过去人们大多是在一块脑组织上进行遗传学和表观遗传学图谱分析，但这样的方法往往无法提供足够的精确性。
同济大学医学院的研究团队将电生理学技术与单细胞转录组分析结合起来，揭示了神经元成熟背后的分子机制。这一重要成果发表在三月份的Protein & Cell杂志上，文章通讯作者是同济大学医学院干细胞研究中心的孙毅（Yi E. Sun）教授。
研究人员对来自人类干细胞的神经元进行了膜片钳记录和单细胞转录组分析（称为Patch-seq），通过权重基因共 表达网络分析方法WGCNA鉴定与成熟神经元对应的基因。研究显示，有39个基因可以作为人类神经元成熟的生物学指标。这些基因在神经元成熟过程中的具体 作用还有待于进一步研究。
研究人员还发现，在人类神经元成熟的时候，一些与钙信号传导、线粒体功能和泛素化有关的基因持续高表达。说明这些生 物学过程对于神经元的功能非常重要，这些过程失调可能是神经退行性变的核心因素。这项研究指出，电生理学、单细胞转录组分析和WGCNA的结合，将成为解 析神经回路的重要工具，帮助人们进一步理解人类大脑、思维和主要神经疾病。
光遗传学是神经学领域的革命性技术，诞生至今已经有十年了。该技术是将光敏通道蛋白添加到想要研究的神经元中，通过 光照选择性开启这些通道，激活或者沉默目标神经元。光遗传学技术可以实现精确的时间和空间控制，是深入理解神经系统的有力工具，有助于探索神经元功能、神 经元兴奋性、突触传递等问题。然而科学家们最近发现，在错综复杂的大脑神经网络中，牵动一根线就会拆开好几个回路，可以说是牵一发而动全身。通过光遗传学 技术或药物操纵大脑的神经回路，会出现误导性的现象，使人们得出没有根据的结论。这项研究发表在十二月九日的Nature杂志上。
神经元之间的电信号对于细胞通讯非常关键。这种电活性是所有大脑活动的核心，包括思考、感知、情绪和记忆。捕捉神经 元电活性是了解大脑认知的基础，但现有的神经元监控技术还存在一定的缺陷。神经学家们一直在探索新方法，希望在清醒动物中对神经元的膜电压动态进行成像。 斯坦福大学的研究团队在Science杂志上发表了一项技术突破。他们开发的工具能在清醒的活体动物中成像单个神经元的电活性，使人们对神经元活动的理解 达到前所未有的深度，对大脑研究有重要的意义。（更多详细信息参见：华人学者Science发表神经学技术突破）
2015年2月，霍华德•休斯医学研究所的科学家们开发了一个革命性的新工具，可以在动物大脑中永久性标记神经元活 动。在神经元激发钙离子流入时，这个工具（荧光蛋白CaMPARI）会从绿色变为红色。此前，研究者们需要在正确的时间用显微镜聚焦正确的细胞才能观察到 神经元活动，现在这个永久性的荧光标记为他们带来了解放。CaMPARI能够超越显微镜视场的限制，帮助人们分析大范围脑组织的神经活动。这个新工具还允 许人们在更复杂的行为中成像神经活动，因为它可以用于自由活动的动物。（更多信息请参见：Science发布革命性荧光标记技术）
作者简介：
孙毅教授 1987年于复旦大学毕业获得学士学位，后就读于美国凯斯西储大学神经生物学专业，并于1996年获得博士学位。后在哈佛大学神经发育生物学系从事博士后 研究工作。长期致力于神经系统发育和疾病的表观遗传学及分子机制研究。在神经发育方面主要贡献在于阐明了神经干细胞或祖细胞在往神经元或胶质细胞分化过程 中命运决定的分子机制， 包括首次发现LIF激动的JAK-STAT pathway 是星形胶质细胞命运决定的主要通路(co 1st author Science, 1997)， 首次阐明决定神经元命运的pro-neural bHLH 因子和JAK-STAT pathway 之间的相互抑制作用(1st author Cell, 2001)。于2001年孙毅教授在美国加州大学(UCLA)建立实验室后潜心研究DNA甲基化，组蛋白修饰，及非编码RNA在神经系统发育，包括细胞命 运决定，神经元功能成熟，及其可塑性变化过程中的作用。在神经疾病研究方面，她的实验室是最早开始用人类ES细胞iPS细胞做神经系统疾病模型的实验室之 一， 并取得了突破性成果。2009年回国后，开始进行大量转化医学研究主要在干细胞治疗脊髓损伤方面开始了一系列原创性的研究。另外在用干细胞建立孤独症模型 方面已取得突破性成果。她带领的团队在同济大学原创性地研发了体细胞单细胞全基因组转录本的RNA深度测序方 法并用于研究成体神经干细胞的分子生物学性状，探讨成体干细胞及肿瘤干细胞静息活化过程中的机制，该技术对未来寻找各类疾病包括衰老的分子标记会有划时代 的推动。孙教授先继以通讯作者身份在Science (两篇), Nature Neuroscience, Neuron, PNAS等杂志上发表多篇论文。承担和参与多项国家973重大研究计划，国家自然基金重点项目及面上项目的研究工作，在国际神经发育研究领域颇有影响力。
