973项目申报方案神经环路的形成、功能与可塑性.doc

1、项目名称： 神经环路的形成、功能与可塑性 蒲慕明 中国科学院上海生命科学研究院 2011.1至2015.8 中国科学院 细胞信号时空动态的前沿研究和关键技术 王世强 北京大学 2011.1至2015.8 教育部  二、预期目标 本项目的总体目标： 在神经环路层面上解析神经系统发育、功能以及可塑性，同时了解重要神经系统疾病相关的环路机制。建立从微观的分子细胞水平研究宏观的研究。在神经细胞的产生和分化、细胞定位、突触形成和、感觉信息整合工作记忆和抉择的环路机制取得重要进展。 在神经环路形成分子机制方面，深入认识神经干细胞增殖、分化和命运决定的调控机制；揭示神经元迁移的动力原理和导向机制；进一步阐明神经元极化的胞内外机制；探索神经元树突和突触修剪的分子机制。 在神经环路功能及方面，阐明神经环路机制多模态感觉整合的突触和环路机制神经环路存储感觉经验中的信息工作记忆和抉择行为的环路和工作原理 在神经环路方面，重点研究智障基因导致癫痫易感的环路与癫痫发生的关系。 个课题技术交叉充分利用团队优势，在以上取得科研成果。具体表现。 与临床研究人员的合作关系，临床应用前景。 学术骨干成为他们所在的研究领域中享有国际声誉的科学家。具有国际竞争力的创新型研究团队。提高研究生，为神经科学后备人才的储备作出贡献。  三、研究方案 本项目由个有内在联系的研究课题组成，每个课题由3-4个神经科学研究所的研究组合作完成。这些课题紧密围绕神经环路的形成及功能展开研究。在神经环路的形成及可塑性方面，主要研究神经元发生、分化和命运决定的转录因子调控；神经细胞迁移和形态发生的分子细胞学机制；突触形成与修剪机制；并从分子细胞层次研究环路功能的调节机制。在神经环路的功能及可塑性方面，主要研究多模态感觉信息整合的环路机制；以及工作记忆和抉择的环路基础。同时，将研究病理状态下（包括癫痫、智障和老年痴呆）神经环路的变化。个课题的研究方案，依以下顺序分别进行描述：环路形成→功能→环路的。 课题一 神经细胞的产生、迁移与轴突生长 结合基因剔除、胚胎电场转基因、组织培养、单细胞迁移分析、高通量测序和数据分析等实验方法，研究大脑皮层和脊髓背角神经元产生和命运决定的调控机理、神经迁移及轴突投射建立的机制。将的研究结果相互参照，比较异同。在神经元产生和命运决定的调控机制研究中将特别关注三类调控方式： 1）转录调控2）表观遗传学调控3）RNA调控发现关键作用的调控分子阐明相应的上下游信号机理。神经元迁移和轴突投射的研究中，特别关注已知的神经轴突导向因子对新生神经元迁移发挥的作用阐明相关的信号机制。 创新点与特色：在研究内容上，综合考虑不同层次的基因表达调控网络在神经干细胞命运决定中的作用；将在大脑皮层和脊髓背角上的研究结果相互比较和参照，以促进对各神经环路发育机制的。在实验方法上，非常成熟的单细胞迁移导向分析等独特技术。 可行性分析：已建立实验必需的鸡胚和鼠胚电场转基因、单细胞迁移导向分析、神经干细胞培养、病毒包装感染等关键技术。成功获得了多个研究相关的转基因小鼠品系。研究队伍完整具良好的工作基础，具备开发新的研究手段的。因此，本课题的执行有充分的保障。 课题二 神经环路形成和可塑性的分子机制 围绕神经元极性建立、轴树突的生长、突触形成、树突的修剪等重要问题，开展以下研究：1）神经元形态发生的细胞骨架机制和不对称膜转运机制；2）神经元电活动、分泌性因子对树突形成与修剪和突触功能的影响；3）表观遗传因素介导的基因表达调控对神经环路可塑性的影响。 创新点与特色：围绕神经元形态发生、突触的形成及修剪机制，从细胞骨架、囊泡转运、基因表达调控等多层次多角度展开研究在离体培养的神经元上，采用分子生物学、光学成像 可行性分析：主要骨干在神经元形态发生、突触形成及神经活动依赖的基因表达调控等方面有多年的积累已获得。具有相对成熟的神经细胞生物学分析手段、工具病毒载体构建技术 课题三 神经环路信号传递、整合与储存 本课题拟采用多种模式动物（果蝇、斑马鱼、大/小鼠）和多种活体实验手段（电生理、钙成像、行为等）研究视觉、听觉、嗅觉、味觉等多模态感觉信息传递、整合与储存发生的精确位点和神经机制，探讨其对动物行为的作用。 创新点与特色：采用多种模式，从不同角度研究多模态感觉信息整合的原理；运用在整体果蝇、斑马鱼、大/小鼠上的活体全细胞记录技术与钙成像相结合的手段，并引入光敏感离子通道激活和失活神经环路的技术。 可行性分析：已建立完善的实验体系，主要学术骨干在以上研究领域均，已获得有望取得进一步的突破。 课题四 工作记忆和抉择行为的神经环路基础 本课题采用实验和理论相结合的方法，围绕工作记忆和抉择行为的神经环路机制展开深入研究。在实验方面，将以果蝇、小鼠和猴作为模式动物，