收藏| 清华-IDG/麦戈文脑科学联合研究院成立十周年，2021年科研进展汇编
近年来，随着各种神经成像技术和神经信息处理手段的不断丰富，脑研究逐步由认识大脑的结构和功能部件转向认识更为深入的神经功能和系统性机理。在这一过程中，工程技术手段和数理方法的运用，人文社会科学的渗入，使得脑科学研究成为具有学科交叉和综合特点的重要的科学前沿。
清华-IDG/麦戈文脑科学联合研究院受麻省理工学院（MIT）麦戈文人脑研究院创始人麦戈文先生资助，成立于2011年，目标是凝聚神经科学与神经工程学科的优秀学者与研究生，建成世界一流的脑科学研究机构。目前研究院依托单位是清华大学生命学院，共建单位为清华大学医学院。已拥有近20个独立实验室，三百多名在读研究生与博士后。
与过去传统意义上的细胞和分子层面的脑科学研究不同，本院的研究将专注于将最先进的工程科学技术的新发现和新进展应用到脑科学的研究中去，从而对如何理解大脑、重造大脑、保护大脑进行最为前沿的探索。
往年回顾：
下面，跟brainnews编辑部来一起回顾清华-IDG/麦戈文脑科学联合研究院2021年发表的论文，更多详细内容，请见官网。
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果蝇节律神经元门控记忆消退的新机制
2021年2月5日，清华大学生命学院教授、清华IDG/麦戈文脑科学研究院研究员钟毅及其课题组在Current Biology 杂志上在线发表题为“Clock neurons gate memory extinction in Drosophila”的研究论文。
该研究发现果蝇的节律神经网络中存在着4对表达Cryptochrome的DN1节律神经元，发挥了门控消退型记忆形成的作用。
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Current Biology：钟毅课题组报道节律神经元门控记忆消退的新机制
2
肖百龙研究组应邀发表机械门控Piezo通道的研究综述
2021年2月17日，清华大学药学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院肖百龙研究组应邀在国际知名学术期刊Trends in Biochemical Sciences发表题为《机械敏感Piezo通道的结构设计和机械门控机制》（Structural Designs and Mechanogating Mechanisms of the Mechanosensitive Piezo Channels）的综述文章，系统总结了哺乳动物机械门控离子通道Piezo1和Piezo2自2010年被发现报导以来的重要研究进展，包括其重要的生理病理功能、生物物理及药理学特性、精巧的结构设计和独特的机械门控机制，并对其进一步的深入研究进行了展望。
自10年前被发现以来，Piezo通道的重要生理病理功能在包括人类自身的多种物种中得以证实。同时，结构-功能研究揭示了其独特的结构特征和精巧的门控机制，使Piezo通道利用精巧的机械传导机制，有效地将机械力刺激转化为细胞信号。尽管目前为止有关Piezo通道的研究已经取得了显著进展，但仍有许多悬而未决的问题有待解决。
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学术快报|肖百龙研究组应邀发表机械门控Piezo通道的研究综述
3
神经递质释放过程中突触小泡Docking的启动过程及其分子机制
2021年3月16日，Cell Reports 在线发表了清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、清华大学生命科学学院研究员姚骏课题组标题为“Synaptotagmin-1 interacts with PI(4,5)P2 to initiate synaptic vesicle docking in hippocampal neurons” 的研究论文。
本项研究发现Syt1结合PIP2介导了突触小泡的Docking的起始过程，其作用位置位于距质膜约12 nm处, 该过程不依赖于SNARE 复合物，且优先于SNARE 复合物的形成。通过这一研究，作者们发现了Docking起始态发生的位置和分子机制，为理解神经递质的释放过程，尤其是理解大脑在受到高频生理刺激时神经元保持快速高效的响应，做出了重要贡献。
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Cell Reports：姚骏组阐明神经递质释放中突触小泡相关分子机制
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大脑新皮层神经胶质细胞发生程序
2021年3月16日，清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、清华大学生命科学学院时松海团队与剑桥大学戈登研究所Benjamin D. Simons团队合作，在Cell Reports 以长文形式发表了题为“Distinct progenitor behavior underlying neocortical gliogenesis related to tumorigenesis” 的研究论文。
该研究结果不仅阐明了RGPs在神经元和不同神经胶质细胞发生中的不同行为和调控机制，也提示少突胶质细胞谱系发生可能与脑肿瘤起源密切相关。
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Cell Reports：时松海课题组揭示大脑新皮层神经胶质细胞发生程序
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miR-218-2调节海马认知功能及其机制
2021年3月29日，PNAS 在线发表了清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、清华大学生命学院姚骏课题组标题为“miR-218-2 regulates cognitive functions in the hippocampus through complement component 3-dependent modulation of synaptic vesicle release” 的研究论文。
研究发现miR-218-2基因在小鼠海马中通过靶基因C3调节神经元的形态和突触囊泡的转运与释放，进而影响神经元的突触可逆性和LTP的发生，最终影响小鼠的认知功能。该研究揭示了的神经退行性疾病和神经精神疾病可能通过共通的miR-218相关机制产生认知障碍，为后续的疾病认知缺陷的治疗提供了新的思路和方向。
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PNAS：清华姚骏组发现miR-218-2调节海马认知功能及其机制
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Synaptotagmin-7通过诱发谷氨酸自发释放参与双相情感障碍发病的分子机理
2021年7月6日，PLOS Biology 在线发表了由清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院姚骏课题组完成的题为“Synaptotagmin-7-mediated activation of spontaneous NMDAR currents is disrupted in bipolar disorder susceptibility variants” 的研究论文。
该研究阐述了Sy7t通过诱发谷氨酸的自发释放参与双相双相情感障碍（bipolar disorder, BD）发病的分子机理研究进展。
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PLOS Biology：姚骏组报道Syt7参与双相情感障碍发病的新分子机理
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动物超声听觉的分子和细胞机制
2021年7月13日，PNAS 在线发表了清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、清华大学生命科学学院熊巍课题组标题为“PIEZO2 mediates ultrasonic hearing via cochlear outer hair cells in mice” 的研究论文，详细阐述了超声听觉的分子和细胞机制。
研究首先从无到有的开发了一系列技术和方法，结合小鼠遗传学，鉴定Piezo2是超声感知的分子之一，而且发现Piezo2是通过外毛细胞发挥作用的。该研究首次揭示了的超声听觉和超声转导的生物学机制，提示可能的听觉解析频率的新机制，为研究基于听觉和言语的社交行为的相关神经机制提供新的动物模型。
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一种存储时间整体信息的融合记忆
2021年7月19日，清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、清华大学生命科学学院钟毅课题组在eLife 在线发表标题为“Differential conditioning produces merged long-term memory in Drosophila”的研究论文，报道了一种存储事件整体信息的融合记忆。
该研究发现，在刚刚经历过危险事件后不久，动物的行为主要由短期维持的辨别记忆（discriminative memory）来主导，从而促使动物对于危险信号与安全信号来进行区分；而在经历过危险事件很久以后，动物则会选择一种基于融合记忆的更加保守的生存策略：它们对所有曾经出现在危险事件当中的感觉信息都进行逃避，从而避免自然界中潜在的危险。
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eLife：清华大学钟毅课题组发现一种存储事件整体信息的融合记忆
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Science：清华大学欧光朔实验室报道RNA编辑调控激酶的机理
2021年8月27日，清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院欧光朔实验室在科学杂志《Science》发表了题为“RNA编辑限制过度活化的纤毛激酶”（RNA Editing Restricts Hyperactive Ciliary Kinases）的研究文章（research article），报道了RNA编辑调控纤毛激酶的研究成果。
这项工作表明激酶活性的信息被负反馈到激酶自身的RNA，通过编辑抑制其翻译，从而限制激酶活性。蛋白质活性在基因转录水平上调控蛋白的生成广为人知，但是蛋白质活性在转录后水平上通过RNA编辑限制该蛋白的翻译则鲜有报道；这项工作丰富了我们对病理状态下遗传信息传递的认识。纤毛疾病相关蛋白不是理想的药物靶标，纤毛疾病的临床治疗一直是相关领域的难点和痛点。这项工作表明纤毛激酶异常导致的纤毛缺陷可以通过抑制细胞核内的腺苷脱氨酶进行挽救，提示了纤毛疾病“纤毛外”干预的新思路。近年来人类基因组的外显子测序鉴定到大量与遗传疾病相关的变异，将这类突变引入模式动物，开展遗传抑制子筛选，有望开发遗传疾病治疗的新策略。
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工作记忆的生成机制
2021年8月31日，清华大学医学院、清华－北大生命科学联合中心、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院郭增才课题组在Neuron 在线发表题为“A Cortico-basal ganglia-thalamo-cortical Channel Underlying Short-term Memory” 的研究论文，揭示皮层、基底节和丘脑形成的多脑区网络如何促进工作记忆（的短时记忆成分）的形成。
研究结果表明皮层-基底节-丘脑-皮层环路共同调控工作记忆信息的产生，基底节系统的功能失调不仅导致帕金森和亨廷顿舞蹈症等运动疾病，还对工作记忆功能产生重要影响。
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欧光朔实验室报道微丝骨架去分支在细胞迁移和不对称细胞分裂中的调控作用
2021年9月14日，清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院欧光朔实验室在《Proc Natl Acad Sci U S A》杂志发表了题为“微丝去分支在细胞迁移和不对称细胞分裂中调控细胞极性”（ Actin filament debranching regulates cell polarity during cell migration and asymmetric cell division）的文章，报道微丝骨架去分支在细胞迁移和不对称细胞分裂中的调控作用。
欧光朔实验室通过体外的微丝聚合实验发现POD-1能够使Arp2/3介导生成的微丝网络去分支，对内源性POD-1蛋白的荧光实时成像分析结果表明 POD-1与迁移的神经前体细胞前缘的Arp2/3共定位，发现POD-1在神经前体细胞中的条件性敲除导致了细胞内微丝组装、细胞极性和细胞迁移的缺陷；而POD-1在线虫早期胚胎内的敲低阻断了Arp2/3的运动，并影响了极化的皮质流（cortical flow），最终导致细胞命运决定因子的对称分离。这些结果表明，在迁移的神经前体细胞和不对称分裂的胚胎中，细胞通过微丝去分支来组织微丝网络和细胞极性。
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学术快报|清华大学欧光朔实验室报道微丝骨架去分支在细胞迁移和不对称细胞分裂中的调控作用
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一株逆转座子异位插入导致耳聋的小鼠模型
2021年9月29日，PNAS 在线发表了清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、清华大学生命学院熊巍课题组标题为“An L1 retrotransposon insertion induced deafness mouse model for studying the development and function of the cochlear stria vascularis”的研究论文。
作者鉴定了一株耳聋小鼠品系299的致病突变和致病机理，利用一系列技术和方法，鉴定了L1是229小鼠的致病突变，血管纹组织发育障碍是299小鼠的致病机制。该研究首次报道了一株逆转座子在非编码基因区导致耳聋的小鼠，揭示了血管纹发育的过程，提示了可能的血管纹发育和功能相关新基因，为研究L1基因调控功能和血管纹发育和功能提供了新的动物模型。
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两种光学成像技术助力单神经元形态重构
2021年9月24日，清华大学医学院、清华-北大生命科学联合中心、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院郭增才课题组于Frontiers in Neuroanatomy 在线发表了题为“Multi-Scale Light-Sheet Fluorescence Microscopy for Fast Whole Brain Imaging”的研究论文。
该研究报道了光片荧光显微镜非常适合多尺度成像，通过结合光片平铺、自动变倍、自动切片与组织膨胀透明技术，可实现从细胞到亚微米空间尺度对小鼠全脑的高速成像。
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清华大学郭增才课题组开发两种光学成像技术助力单神经元形态重构
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整合咽喉信号调节果蝇进食的神经环路
2021年11月9日，清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院张伟课题组在Cell Reports 杂志发表了题为“A Neural Circuit Integrates Pharyngeal Sensation to Control Feeding” 的文章，报道咽喉中机械力感受调节果蝇进食的机制。
研究结果表明，位于大脑中的神经环路可以整合进食过程中产生的机械力刺激和动物自身的营养状态，协同调控进食行为。
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全球首个全面模拟人类阿尔茨海默症的大鼠模型
2021年11月17日，著名神经科学家、清华大学药学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院鲁白教授领导的团队在Cell Research 上发表了题为“An App knock-in rat model for Alzheimer’s disease exhibiting Aβ and tau pathologies, neuronal death and cognitive impairments” 的研究论文。
该采用了CRISPR/Cas9基因敲入技术，在大鼠体内实现了人源App基因的替换，同时携带了Swedish, Beyreuther/Iberian和Arctic三个人类家族突变（AppNL-G-F），而不改变App蛋白及其片段在脑内的时间和空间的表达水平。该AppNL-G-F大鼠动物模型的建立，将成为验证基于突触修复的新型治疗策略的有效工具。
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Cell Research：清华鲁白团队开发出首个阿尔茨海默症的大鼠模型
文章来源：清华IDG麦戈文脑科学研究院官微
编辑：brainnews编辑部
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