果蠅Trpγ神經元協調發育時的全腦神經活性


在脊椎動物大腦發育時，伴隨著自發性的神經活性(stimulus-independent activity)，這也和突觸形成(synaptogenesis)息息相關。近期的研究在果蠅大腦發育期上也發現類似的大腦神經活動，發現的團隊將其稱作”具模式、和外界刺激無關的神經活性(patterned, stimulus-independent neuronal activity, PSINA)”，這次來自UCLA的研究團隊，發現PSINA與Trpγ神經元高度相關，研究成果發表於Nature期刊。

Trpγ和PSINA、突觸形成的關聯性
在蛹期後半約50~100 hAPF (hour after puparium formation)，觀測果蠅全腦的神經活性，就可以發現到PSINA，其中又約可分為規律和紊亂期(Fig. 1)，放大規律期來看，可以看到整個大腦表現出一波又一波的活動(Fig. 2，黑線)。

研究團隊關注Trpγ這個蛋白，他是一種非選擇性陽離子通道。有趣的是，若是trpγ突變種，產生的波幅會顯著性降低(Fig. 2，紅線)，但如果再次表達Trpγ-D(三種Trpγ異構物之一)，波幅能夠恢復回原來大小(Fig. 2，藍線)，以此來看，Trpγ對於PSINA而言是必須的。

而在PSINA產生的時期，也正是果蠅大腦發育及突觸形成最旺盛的時期。研究團隊同樣使用上述的兩種情況，觀察視覺系統神經的突觸形成，結果發現到trpγ突變種果蠅突觸數量會偏離正常果蠅(有的神經增加，有的神經減少)，而再次表達Trpγ-D的果蠅，突觸數量和正常果蠅則沒有顯著差異。
Fig. 1. PSINA (原論文Fig. 1a)

Fig. 2. trpγ突變種對PSINA造成的影響 (原論文Fig. 1d)

約佔全腦神經2%的Trpγ神經元在大腦發育過程中協調全腦活性
果蠅大腦的神經元數量約為135000顆，而表達Trpγ的神經元約有2000顆，而且Trpγ的表達在PSINA時期最高，之後會迅速的降下來(Fig. 3，黑線)，並且這些神經元分布的範圍擴及全腦(Fig. 4)。再綜合Trpγ與PSINA的關聯性，研究團隊將這些約2000顆的Trpγ神經元稱為全腦PSINA的活性模板(activity template)。
Fig. 3. 不同時表達Trpγ的神經元數量 (原論文Fig. 4a)

Fig. 4. 72hAPF時，表達Trpγ的神經元 (原論文Fig. 4b)

結語
大腦發育與突觸形成一直是神經科學的一環，這篇研究中發現Trpγ在其中扮演了至關重要的角色，但這只佔有果蠅神經總數2%的神經，如何傳遞活性讓整個大腦適當的成長，牽涉的機制仍有待未來的研究告訴我們。


撰稿：黃宣霈 H. P. Huang


原始論文：
Bajar, B. T., Phi, N. T., Isaacman-Beck, J., Reichl, J., Randhawa, H., & Akin, O. (2022). A discrete neuronal population coordinates brain-wide developmental activity. Nature, 1-8.

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