科学家研发新型生物传感器 可直接监测大脑转录因子的活性

　　每天，大脑中的神经元连接都会根据我们在日常生活中的学习和经验而改变。被称为活性依赖转录因子（activity-dependent transcription factors）的特殊蛋白质激活大脑细胞内的基因，帮助它将这种快速传入的信号转化为持久的神经元变化。不过到目前为止，还无法直接监测转录因子的活性。

　　据悉，佛罗里达州的马克斯·普朗克神经科学研究所（MPFI）的科学家们设计并开发了一种新型生物传感器，该传感器可以在体内同时进行感觉诱发的神经元活动和转录因子动力学研究。这种生物传感器将双光子钙成像和双光子荧光寿命成像（2pFLIM）这两种特殊技术结合起来，使科学家能够研究转录因子在活体大脑中的功能。

　　MPFI安田实验室研究员塔拉维夫（Tal Laviv）说：“大脑中的转录因子活动不是一个静态的过程，而是一个非常动态的过程，可能会在感官体验后的几小时到几天内发生。我们想开发一种新的方法来研究这一过程在活体大脑中是如何发生的，并选择研究CREB（cAMP反应元件结合蛋白），因为它在可塑性、学习和记忆方面有很强的参与性。”

　　MPFI科学家展示了一种利用2pFLIM和荧光共振能量转移（FRET）生物传感器以单细胞分辨率对CREB的体内信号进行长期成像的技术。他们首先创建了2个用于报告CREB直接活性的2pFLIM生物传感器，他们将传感器包装起来，并在小鼠体感皮层内的神经元群中表达。

　　该团队使用2pFLIM CREB传感器，在小鼠经历了丰富的环境的同时，监测了相同神经元群体中的CREB活性。丰富的环境使CREB的整体活性显著提高。当小鼠从富集环境中被长时间移除时，CREB活性恢复到正常水平，表明感觉体验是持续活动的驱动力。

　　为了更好地了解感觉体验和神经元激活如何影响活体大脑的CREB活动，研究小组在小鼠视觉皮层表达了CREB传感器和神经元活动传感器（钙传感器）。在黑暗饲养的小鼠中，视觉刺激呈现时，视觉皮层神经元被成像，同时对单个细胞的钙和CREB动态进行长时间成像。结果揭示了视觉皮层CREB活性的动态调节：与在正常光/暗条件下饲养的小鼠相比，黑暗饲养的小鼠显示出显著的视觉诱发CREB水平的增加。此外，在黑暗饲养的小鼠中，CREB活性水平至少维持一天。CREB活性的升高并不是由于单个神经元内钙水平的升高，这表明感觉体验可以很好地调节活体大脑中活性依赖性转录的敏感性。

　　研究人员认为，在未来，2pFLIM生物传感器可广泛应用于许多不同类型的转录因子，并可能提供一个机会来揭示大脑中依赖于经验的可塑性的转录动力学基础。