2019-04-26 Journal Club 公告

 

4月26日,我们将进行2019年度第3次Journal Club,组织者为赵环,参与人有陈洁,孙梦实。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。

主题:Social Behavior In Drosophila

内容:

14:00-14:30 Happy hour

14:30-15:00赵环:The definition and classification of social behaviors in Drosophila

15:00-15:30 孙梦实:The regulation and sexual dimorphic deference in social activities in Drosophila

15:30-16:00 陈洁:The influence of social environment on other behaviors in Drosophila

16:00- 讨论

 

2019-03-29 Journal Club总结

 

在日常生活当中,我们的大脑每时每刻都要整合处理来自各个感觉器官的感官信息,以做出适当的反应,这对于我们的生存具有至关重要的意义。为了弄清楚大脑如何能够完成如此惊人的壮举,我们常常需要建立一个模型系统来进行研究。对于感觉信号整合,目前研究最为透彻的是果蝇的嗅觉系统。从触角中的感觉神经元一直到大脑中蘑菇体的三级和四级神经元。在开展嗅觉系统的研究过程当中,不断的有新的科学技术的引入,这也为研究其他感觉系统打下了扎实的基础。其中,果蝇听觉系统的研究就是得益于实验技术的进步,取得了突飞猛进的成果,这为理解果蝇声音的产生和对声音感知奠定了扎实的理论基础。

我们本次的报告围绕着果蝇听觉系统这一主题展开,主要分为三个部分。第一部分主要讲述了果蝇最重要的听觉器官Johnston’s Organ,这一器官主要有200多个功能单元Scolopidium组成,每个功能单元上的TRP channel(NompC, Nan-lav)在声信号的机械转导过程中发挥着主要作用,同时JO在接收微小声音振动信息时,还具有一种主动的放大过程,这种机制会使得果蝇可以听到很细微的声音。这个机制对于果蝇在求偶过程中接受courtship song的信息来说是十分重要的。第二部分主要讲述了雄性果蝇在求偶过程中的发声机制,即产生courtship song的机制。首先是从遗传学的水平上介绍了一些影响courtship song的基因,然后从环路的水平介绍了控制courtship song产生的相关神经元,最后又介绍了调控courtship song产生的相关肌肉群,层次鲜明。第三部分针对于果蝇的听觉系统对其行为的作用着重展开介绍,其中对于雌蝇来说,雄性果蝇产生的courtship song会使得雌蝇的receptivity behavior明显上升,这一过程中主要是通过aPN1-PC1—Abd-B环路起作用的,而对于雄蝇来说,courtship song可以诱发雄蝇产生chaining behavior,同时听觉系统对于雄蝇的aggression behavior也有着很重要的调节作用,这些对于果蝇的生存繁衍都是十分重要的。

理解果蝇的听觉系统的作用机理以及其对于果蝇的行为调控都是次要的,最重要的是要从这套系统当中得到有用的启发和灵感,来帮助我们理解人类大脑的整合处理和抉择输出的高级功能。最后,希望本次的主题报告可以对大家有所帮助。

By 高灿

(本次journal club的slides见附件)

2019-03-29 Journal club PPT

2019-03-29 Journal Club 公告

 

3月29日我们将进行2019年度第二次Journal Club,组织者为高灿,参与者有郭超,贾艺聪。Journal Club的总结以及报告内容会在会后上传到附件。

主题: Auditory system of Drosophila Listening to singing

高 灿:14:00-14:30 The structure & signal processing of auditory system in Drosophila

郭 超:14;30-15:00 The mechanism of sound production in Drosophila

贾艺聪:15:00-15:30The effect of auditory system on courtship behavior & other behaviors

2019-02-22 Journal Club总结

 

生命科学的发展极大依赖技术和研究手段的革新,从人类第一次观测到细胞离不开显微镜的发明发展,到现如今随着 CRISPR/Cas9的研究,我们不仅可以很便利的对传统模式动物进行基因操控,还能够对一些其他我们感兴趣的生物进行基因层面的编辑,比如转基因蚂蚁,转基因蟑螂等等。基于此,我们尝试对神经环路的研究方法和技术进行总结,希望能够帮助实验室的同学或者梳理或者拓宽一点点思路。本次汇报的主要架构根据Principles of Neurobiology 1st edition 的第十三章内容而来,但具体技术做了很大调整。

模式动物的选择取决于想要研究的科学问题。线虫作为结构较为简单,神经元数量较少的模式动物,已经完成了连接组图谱的绘制(使用电镜方法)。新兴的研究对象蚂蚁,由于它们具有分工严明的社会结构而用于研究其社会行为,且种群中不同工种的蚂蚁往往具有相同的基因组,所以也被尝试用来解答表观遗传学和行为之间的关系。斑马鱼作为脊椎动物和人类有更高的保守性,其神经再生性是研究的热门。在西方国家对于非人类灵长类的研究投资日益缩减的情况下,我国对于非人类灵长类的研究投资逐步增多,且又由于没有动物保护组织的干扰,越来越多从事相关研究的科学家选择在中国进行实验。

在基因和分子方法中,主要介绍了两类研究思路,loss-of-function和 gain-of-function。在 loss-of-function 的研究思路下,科学家通过研究突变果蝇来揭示特定基因的功能。突变果蝇的制作中,经典的方法是同源重组(到2015年仍被广泛使用),如今的首选是CRISPR/Cas9技术。在 gain-of-function 中,技术依赖的重点是如何人为操控基因的表达,由此引出果蝇中常用的几类表达系统和一些应用。除此以外,有时我们还需要知道蛋白的表达情况。主要方法有immunostaining和 western blot。研究蛋白的表达情况除了直接标记蛋白,还可以通过标记 mRNA 的方法。近两年发展出的果蝇全脑原位杂交技术,则可以通过设计荧光探针的方法,对全脑的特定 mRNA 进行空间和表达量的测定。

神经环路的研究中很重要的一类技术是测量神经元的活动。即时观测神经元活性的有通过GFP亮度反应钙离子浓度从而间接衡量神经元活性的GCaMP技术和以Arclight 为代表的一类voltage sensor。延时观测神经元活性的则有CaLexA和TRIC技术。这两类技术也是通过Ca2+浓度衡量神经元活性,但和GCaMP的区别在于,Ca2+浓度增高后需要通过驱动下游GFP蛋白表达而产生荧光信号,故而需要给果蝇一个蛋白表达的时间窗口。除了单个神经元的活动,神经元之间的上下游关系也是环路研究的关键。针对这个问题,目前最广泛使用的技术是活性依赖的GRASP技术,在明确上下游神经元的前提下,若神经元间存在突触连接则形成完整的GFP蛋白;trans-Tango 和TRACT技术则是对于明确的神经元,通过突触之间的传递使下游神经元表达特定的荧光蛋白从而观测到下游神经元。

loss-of-function和 gain-of-function 在神经环路研究中的体现则是使神经元失活和激活。物理性失活是使用高强度laser切断神经元。基因层面的操作是通过驱动Tetanus toxin, Kir2.1,Shibire,和reaper的表达实现。Tetanus toxin 的功能在于阻止突触囊泡形成,shibire 则是阻止突触囊泡的回收,kir2.1则是一类使钾离子内流的通道,通过钾离子内流使神经元去极化,从而难以引发动作电位。Reaper 是会使得细胞凋亡。激活神经元有光遗传和表达TrpA1蛋白的方法。除此以外,还简单介绍了一些自动化分析行为的程序,自动化进行果蝇行为实验的装置,以及Janelia 一个分析了果蝇不同脑区功能的数据库。

希望本次的分享能够对大家有所帮助!

By 孙梦实

(本次journal club的slides见附件)

2019-02-22 Journal club PPT

2019-02-22 Journal Club 公告

 

2月22日,我们将进行2019年度第1次Journal Club,组织者为孙梦实,参与人有赵环,陈洁。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。

主题:Ways of exploring: Key and new techniques that have advanced the research in neural circuits of Drosophila and other model animals

内容:

15:00-15:30 孙梦实:Animal models in neurobiology research and genetic & molecular techniques

15:30-16:00 赵环:Anatomical techniques to record neuronal activity

16:00-16:30 陈洁:Manipulating neuronal activity and behavioral analyses

2018-12-28 Journal Club 总结

 

性别二态性广泛存在自然界的动物中,性别差异不仅仅体现在形态上和生理上,而且也体现在各种行为上。最早在1965年,Hildreth发现果蝇中有一个基因的突变会使雌雄都变成双性性状,因此将此基因命名为doublesex(双性),随后在1988年Bruse Baker通过染色体步移的方法克隆出dsx基因组全长序列并对性别决定的分子通路进行了解析,使得dsx基因受到科学界的广泛关注。几乎在同一时期,科学家们发现线虫中mab3基因突变导致雄性的mating能力降低。经过序列比对与分析,发现doublesexmab3具有高度的同源性,因此将doublesex/mab3这类的基因命名为dmrt基因,这类基因的共同点为:在N端都具有保守的DM domian,能够识别并结合下游DNA的小沟上。果蝇中的dsx基因由于受到上游元件的调控在雌雄中发生选择性剪切,因此在雌性中产生dsxF,在雄性中产生dsxM,分别在两种性别中发挥功能。近些年的研究表明dsx主要在性别决定和性别分化中起到关键性作用,性别二态性的产生大多是受到dsx调控。

本次报告主题围绕doublesex and sexual dimorphism展开,按照时间的顺序讲述了dsx与性别二态性的关系,主要从三个方面展开讨论:首先阐述了第一个DMRT基因的发现与克隆,着重讲解了这类基因的结构以及在果蝇中已知的剪切方式。然后选择了4种代表性的昆虫,讲述了dsx是如何调控这些昆虫的性别分化,从而产生雌雄特异性的形态。最后从功能上主要讲述了dsx及其神经元在调控雌雄果蝇性行为上发挥的关键性作用。

本次journal club中针对一些有趣的现象进行了讨论,如下:

  • 性别决定为何由X:A的比例来决定?
  • dsx如何调控细胞凋亡的?
  • 线虫中的mab3以及小鼠中的dmrt1是否与果蝇一样具有雌雄特异的选择性剪切?
  • dsx在低等的微生物中有无表达?
  • dsx基因在小鼠和线虫中是否能够影响雌雄特异的行为?

 

By 韩彩虹

(本次journal club的slides见附件)

2018-12-28 Journal club PPT

2018-12-28 Journal Club 公告

 

12月28日我们将进行本学期第四次Journal club,组织者为韩彩虹,参与人有彭琼琳,苏祥彬。Journal club的总结以及报告内容(slides)会在会后张贴出来。

主题: doublesex and sexual dimorphism

内容:

15:00-15:30 韩彩虹:The evolutionary origination of doublesex

15:30-16:00 彭琼琳:doublesex determinates sexual differentiation

16:00-16:30 苏祥彬:Sexual dimorphic behaviors are regulated by doublesex

2018-11-30 Journal Club 总结

 

随着上世纪二十年代第一个neurotransmitter的发现,越来越多的neurotransmitter,neuropeptide和neurohormone被发现参与调控着各种各样的行为,而这些化学信号分子它们之间的相似性和不同性也很让人好奇。我们本次Journal Club主题就是针对这些化学信号的相似和不同展开的。

我们小组三人分别针对neurotransmitter,neuropeptide和neurohormone,从历史到结构,从受体到功能分别作了介绍,同时每一种化学信号对行为的调控也各自举了一个经典的例子进行举例介绍。最后我们给出了neurotransmitter,neuropeptide和 neurohormone清晰的定义和对它们的辩别方法,PPT最后也列出了从合成到分泌到受体等各个方面的异同,可以让我们更加系统的去辩别这些化学信号的异同。详见附件slides。

本次Journal Club主要的不足是由于所选内容较多,导致了内容覆盖面并没有特别充分。

而本次也就一些有趣的科学问题展开了讨论。

1.为什么dopamine在mammal中是一个reward信号,而在果蝇中却是参与了aversive memory的调节呢?

2.果蝇中的dilps彼此是否能代偿?

3.能否将IPC中产生的dilp2,dilp3,dilp5同时突变掉,以期观测些行为学的异常。

4.很多neuropeptide的功能都是起调节作用的,所以有时候突变体或是RNAi并不能准确观测到这些neuropeptide的功能,能否有其他的方式可供筛选neuropeptide的功能?

5.相对于neuropeptide而言,neurotransmitter需要较低的刺激就能释放,那我们观测到的同一神经元因激活强度的不同导致产生的不同行为,是否是由于其释放的物质不同呢?

By 陈洁

(本次journal club的slides见附件)

2018-11-30 Journal club PPT

2018-11-30 Journal Club 公告

 

11月30日我们将进行本学期第三次Journal Club,组织者为陈洁,参与人有孙梦实,蒋昕钰。Journal Club的总结以及报告内容(slides)会在会后张贴出来。

主题: From discovery to function: the similarities and differences in neuromodulators

陈洁: 15:00-15:30 Neurotransmitter: a type of classical chemical messenger

孙梦实:15;30-16:00 Hormone: the signaling molecules produced by glands

蒋昕钰:16:00-16:30 Neuropeptide: the small protein-like signaling molecules

2018-10-26 Journal Club 总结

 

昼夜节律是生物中广泛存在的现象,在细菌、植物、动物中,从基因的表达、神经元的活性、激素的分泌、到生理、代谢与行为,都存在昼夜周期性的变化。不依赖于外界环境周期而存在的内在时钟是生物昼夜节律的核心。

本次Journal Club 我们从现代时间生物学出发,认识昼夜节律的基本特征。然后回顾了以果蝇为模型对昼夜节律的机制的研究。自从 Konopka 和 Benzer 在1971年筛选到第一批影响昼夜节律的突变体 period0, periodSperiodL,并将其定位到单一的染色体位置,到 1984 年 Young, Hall 和 Rosbash 克隆了 period 基因。昼夜节律的分子遗传学研究发现了诸多调控昼夜节律的基因,揭示了分子层面基因表达翻译反馈回路形成的自持的分子振荡器作为一种昼夜节律的生物钟。近来的研究在完善分子振荡器的分子通路外,更关注神经系统中表达分子振荡器基因的神经元,即起搏器神经元,的昼夜周期性变化。

我们介绍了内在生物钟如何与外界的环境时钟同步,外界的光、温度等环境因素作用于内在生物钟的分子和神经通路,协调周期性变化同步的机制。我们介绍了内在生物钟如何调控节律性的生理与行为,特别介绍了调控运动节律的起搏器神经元及其下游神经回路。

虽然我们主要介绍了果蝇中的昼夜节律的分子机制,但是这些机制尤其是核心的转录翻译反馈通路,在不同物种产生昼夜节律中是保守存在的。我们看到利用不同物种在解决同一生物学问题时的补充互鉴,也看到生物学规律的统一性,

对生物昼夜节律几十年来爆发性的研究,使生物节律的反馈回路中的各个分子的相互作用,外界环境刺激,如光调控生物节律以及生物节律调控行为生理的神经回路的认识越来越全面。但是,我们仍然难说生物的昼夜节律是个解决的问题。这源自生物本身的复杂性,另一方面随着研究的深入,更多的问题需要回答。是否能继续发现更多的节律基因,不同组织中的时钟如何协调相位,温度补偿与温度同步的看似矛盾。发现越来越多的生物学过程受到节律的影响,那么哪些是节律的直接作用或那些是间接作用?等等问题都将继续困扰我们,并指引未来的方向。

郭超

(本次journal club的slides见附件)

2018-10-26 Journal club PPT

2018-10-26 Journal club 公告

 

10月26日我们将进行本学期第二次Journal club,组织者为郭超,参与人有高灿,赵环。Journal club的总结以及报告内容(slides)会在会后张贴出来。

主题: Circadian Rhythm in Drosophila

内容:
15:00-15:30 郭超: Biological clock and the molecular and neuronal mechanism

15:30-16:00 赵环:Resetting the clock

16:00-16:30 高灿:Circadian regulation of behaviors

2018-09-28 journal club 总结

 

报告部分有待提高的:

  1. 报告准备不够充分,应在报告结尾进行总结展望,并提出有待解决的科学问题;
  2. 报告第二部分SP-SPR signaling内容的介绍应该更偏重于分子方面,比如SP产生的分子调控机制等等;
  3. 报告超时,主题偏大。

讨论中提出的问题:

  1. pC1和pCd神经元为什么对不同刺激有不同的响应?哪个位于更中枢的位置?
  2. dsx-Gal4表达的神经元种类很多,如何挑选出pC1, pCd神经元的?
  3. 雌蝇是否接受雄蝇求偶的因素除了cVA, 求偶歌等,还有哪些其它因素?
  4. 雌蝇在雄蝇求偶过程中的slow down行为异常是否由于某些神经环路的发育缺陷所导致,比如听觉系统?
  5. SP为什么在雌蝇中没有表达?SP是怎么产生的?
  6. SP是否与打斗行为有关?
  7. 雌蝇post-mating行为调控的神经环路是否也投射至pC1,pCd?
  8. 雌蝇打斗行为的机制是什么?

by 彭琼琳

(本次journal club的slides见附件)

2018-9-28-Journal club PPT