Nat Med推出强大的大脑研究新工具：超越之前的多种技术方法

加州理工大学，纽约理工学院的研究人员研发了一种新型的线虫 GAL4-UAS 系统——cGAL，极大的节约了研究时间和成本，将为未来的脑科学研究提供强有力的助力。

　　

生物通报道：人类的大脑被认为是我们这个宇宙中最复杂的构造，它包括860亿个神经元，以及数万亿未知的映射连接。几千年来，科学家们一直汲汲于了解其产生行为的机制，这也是解答如何治疗精神失序症的关键所在。

正是由于人类大脑的复杂性，因此科学家们选择了线虫这种更为简单的生物模型。线虫大小仅为1毫米，神经系统只包含302个神经元，目前完全绘制出的神经环路约为6,000个连接，由于它的易操作性和它的发育特性，这种微小、透明的虫子已经成为基础研究最重要的模式生物。近30年来，科学家们研究了线虫的多个单神经元之间的连接。而且尽管神经元的数目较少，但其神经网络具有高度的复杂性和复杂行为的输出，也包含饥饿时寻找食物，以及社会行为等，因此线虫是研究脑功能的一种重要动物。

了解线虫的中枢神经系统的工作原理将有助于帮助我们了解我们自身大脑的复杂功能，近期加州理工大学，纽约理工学院的研究人员研发了一种新型的线虫 GAL4-UAS 系统——cGAL，极大的节约了时间和成本，将为未来的脑科学研究提供强有力的助力。

这一研究成果公布在12月26日的Nature Methods杂志上。

UAS-GAL4系统是果蝇遗传学中一种常用的异位表达系统。UAS (upstream active sequence，UAS)上游激活序列，是酵母中一种类似高等真核生物增强子的序列。GAL4 (GALactose—regulated upstream promoter element，GAL半乳糖凋节上游启动子元件) 是一个酵母转录激活因子。与原核生物乳糖操纵子相似，在酵母中GAL4与UAS结合可以调节与半乳糖代谢相关基因的表达。

对于脑科学来说，研究人员需要操控单个神经元的活动，使其任意的打开或关闭。要实现这一点并不容易，一些科学家研发了比如药物，或者光照等工具，来激活或沉默他们需要的神经元，但这些细胞特异性的系统都需要针对每种研究人员感兴趣的神经元进行定制，十分麻烦。

最新研究中，纽约理工学院的Navin Pokala博士将酵母UAS-GAL4系统用于线虫表达基因，既可以减少UAS-GAL4系统细胞特异性波动所需的工作，又可以通过简单的配对，减少定制的过程。这个系统被命名为cGAL，cGAL无需针对每个细胞和激活器构建新的DNA和转基因动物，只要与已建动物简单配对，就能完成实验，极大的减少了时间和成本。

Pokala和他的合作者下一步计划进一步探索GAL4-UAS 系统，希望能更精确的控制基因表达，新转基因动物的方便性有助于神经细胞中细胞的系统波动，从而 Pokala等人可以建立一个数据库，将神经波动与行为联系起来。这样结合之前绘制的神经环路，这一数据库就能用于研发和检测神经细胞功能模型了。

（生物通：万纹）

原文摘要：

cGAL, a temperature-robust GAL4–UAS system for Caenorhabditis elegans

The GAL4–UAS system is a powerful tool for manipulating gene expression, but its application in Caenorhabditis elegans has not been described. Here we systematically optimize the system's three main components to develop a temperature-optimized GAL4–UAS system (cGAL) that robustly controls gene expression in C. elegans from 15 to 25 °C. We demonstrate this system's utility in transcriptional reporter analysis, site-of-action experiments and exogenous transgene expression; and we provide a basic driver and effector toolkit.