1、項(xiàng)目名稱：神經(jīng)環(huán)路的形成、功能與可塑性

首席科學(xué)家：蒲慕明中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究

院

起止年限：

依托部門(mén)：

2、項(xiàng)目名稱：細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)的前沿研究和關(guān)鍵技

術(shù)

首席科學(xué)家:

起止年限:

依托部門(mén):

二、預(yù)期目標(biāo)

本項(xiàng)目的總體目標(biāo):

在神經(jīng)環(huán)路層面上解析神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、功能以及可塑性，同時(shí)了解與重要神

經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的環(huán)路異常的機(jī)制。建立從微觀的分子/細(xì)胞水平研究與宏觀的

系統(tǒng)/行為研究之間的橋梁。力爭(zhēng)在神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生和分化、細(xì)胞定位、突觸形

成和修剪、感覺(jué)信息的傳遞、整合與儲(chǔ)存、工作記憶和抉擇的環(huán)路機(jī)制、環(huán)路形

成與功能的異常等前沿研究領(lǐng)域中取得重要進(jìn)展。

五年預(yù)期目標(biāo)：

1）在神經(jīng)環(huán)路形成分子機(jī)制方面,深入認(rèn)識(shí)神經(jīng)干細(xì)胞增殖、分化和命運(yùn)決定

的調(diào)控機(jī)制；揭示神經(jīng)元遷移的動(dòng)力原理和導(dǎo)向機(jī)制；進(jìn)一步闡明神經(jīng)元極

化的胞內(nèi)外機(jī)制；探索神經(jīng)元樹(shù)突和突觸修剪的分子機(jī)制。

2）在神經(jīng)環(huán)路功能及可塑性方面，闡明神經(jīng)環(huán)路電信號(hào)的產(chǎn)生與調(diào)節(jié)機(jī)制、多

模態(tài)感覺(jué)信息整合的突觸和環(huán)路機(jī)制、神經(jīng)環(huán)路存儲(chǔ)和提取感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)中的時(shí)

序信息的突觸機(jī)制、工作記憶和抉擇行為的環(huán)路機(jī)制和工作原理。

3）在神經(jīng)環(huán)路異常分子機(jī)制方面，將重點(diǎn)研究智障基因?qū)е埋０B易感的環(huán)路形

成異常、抑制性突觸傳遞系統(tǒng)調(diào)控與旗癇發(fā)生的關(guān)系、離子通道失常對(duì)神經(jīng)

元存活與突觸和神經(jīng)環(huán)路異常的作用。

4）五個(gè)課題有機(jī)聯(lián)系、技術(shù)交叉。將充分利用團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，在以上三個(gè)研究方向

取得重要科研成果。具體表現(xiàn)為對(duì)神經(jīng)環(huán)路的重要前沿問(wèn)題有顯著突破，在

神經(jīng)科學(xué)界取得領(lǐng)先地位。

5）開(kāi)展與臨床研究人員的交流與合作關(guān)系，以擴(kuò)展具有臨床應(yīng)用前景的基礎(chǔ)研

究。

6）培養(yǎng)學(xué)術(shù)骨干的基礎(chǔ)科研能力，使之成為他們所在的研究領(lǐng)域中享有國(guó)際聲

譽(yù)的科學(xué)家。建立具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型研究團(tuán)隊(duì)。通過(guò)高質(zhì)量的基礎(chǔ)研

究訓(xùn)練來(lái)提高研究生和博士后的科研素質(zhì)，為中國(guó)神經(jīng)科學(xué)后備人才的儲(chǔ)備

作出貢獻(xiàn)。

三、研究方案

本項(xiàng)目由五個(gè)有內(nèi)在聯(lián)系的研究課題組成，每個(gè)課題由34個(gè)神經(jīng)科學(xué)研究

所的研究組合作完成。這些課題緊密圍繞神經(jīng)環(huán)路的形成及功能展開(kāi)研究。在神

經(jīng)環(huán)路的形成及可塑性方面，主要研究神經(jīng)元發(fā)生、分化和命運(yùn)決定的轉(zhuǎn)錄因子

調(diào)控；神經(jīng)細(xì)胞遷移和形態(tài)發(fā)生的分子細(xì)胞學(xué)機(jī)制；突觸形成與修剪機(jī)制；并從

分子細(xì)胞層次研究環(huán)路功能的調(diào)節(jié)機(jī)制。在神經(jīng)環(huán)路的功能及可塑性方面，主要

研究多模態(tài)感覺(jué)信息整合的環(huán)路機(jī)制；以及工作記憶和抉擇的環(huán)路基礎(chǔ)。同時(shí)，

將研究病理狀態(tài)下（包括痛癇、智障和老年癡呆）神經(jīng)環(huán)路的變化。五個(gè)課題的

研究方案，依以下順序分別進(jìn)行拮述：環(huán)路的形成T環(huán)路的功能T環(huán)路的異常。

課題一神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生、遷移與軸突生長(zhǎng)

結(jié)合基因剔除、胚胎電場(chǎng)轉(zhuǎn)基因、組織培養(yǎng)、單細(xì)胞遷移分析、高通量測(cè)序

和數(shù)據(jù)分析等實(shí)險(xiǎn)方法，研究大腦皮層和脊髓背角神經(jīng)元產(chǎn)生和命運(yùn)決定的調(diào)控

機(jī)理、神經(jīng)元遷移及軸突投射建立的機(jī)制。并將這兩個(gè)腦區(qū)的研究結(jié)果相互參照，

比較異同。在神經(jīng)元產(chǎn)生和命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)制研究中將特別關(guān)注三類調(diào)控方

式：I）轉(zhuǎn)錄調(diào)控、2）表觀遺傳學(xué)調(diào)控、3）miRNA調(diào)控，以期發(fā)現(xiàn)有關(guān)鍵作

用的新的調(diào)控分子.闡明相應(yīng)的上下游信號(hào)機(jī)理.神經(jīng)元遷移和軸突投射的研究

中，特別關(guān)注已知的神經(jīng)軸突導(dǎo)向因子對(duì)新生神經(jīng)元遷移發(fā)揮的作用、闡明相關(guān)

的信號(hào)機(jī)制。

創(chuàng)新點(diǎn)與特色:在研究?jī)?nèi)容上，綜合考慮不同層次的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在神

經(jīng)干細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用；將在大腦皮層和脊髓背角上的研究結(jié)果相互比較和

參照，以促進(jìn)對(duì)各腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路發(fā)育機(jī)制的一般性了解。在實(shí)驗(yàn)方法上，擁有非

常成熟的單細(xì)胞遷移導(dǎo)向分析等獨(dú)特技術(shù)。

可行性分析:已建立實(shí)驗(yàn)必需的雞胚和鼠胚電場(chǎng)轉(zhuǎn)基因、單細(xì)胞遷移導(dǎo)向分

析、神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)、病毒包裝感染等關(guān)鍵技術(shù)。成功獲得了多個(gè)與研究相關(guān)的

轉(zhuǎn)基因小鼠品系。研究隊(duì)伍完整、具有良好的工作基礎(chǔ)，具備開(kāi)發(fā)新的研究手段

的潛力。因此，本課題的執(zhí)行有充分的保障。

課題二神經(jīng)環(huán)路形成和可塑性的分子機(jī)制

圍繞神經(jīng)元極性建立、軸樹(shù)突的生長(zhǎng)、突觸形成、樹(shù)突與突觸的選擇性修

剪等重要問(wèn)題，開(kāi)展以下研究：1）神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生的細(xì)胞骨架機(jī)制和不對(duì)稱膜

轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制；2）神經(jīng)元電活動(dòng)、分波性因子對(duì)樹(shù)突形成與修剪和突觸功能的影響；

3）表觀遺傳因素介導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控對(duì)神經(jīng)環(huán)路可塑性的影響。

創(chuàng)新點(diǎn)與特色:圍繞神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生、突觸的形成及修剪機(jī)制，從細(xì)胞骨

架、囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)、基因表達(dá)調(diào)控等多層次多角度地展開(kāi)研究。在離體培養(yǎng)的神經(jīng)

元上，采用多種新的分子生物學(xué)、光學(xué)成像和激活等實(shí)驗(yàn)手段。

可行性分析:主要學(xué)術(shù)骨干在神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生、突觸形成及神經(jīng)活動(dòng)依賴的

基因表達(dá)調(diào)控等方面有多年的研究工作積累。已獲得一些與本課題相關(guān)的前期工

作成果。具有相對(duì)成熟的神經(jīng)細(xì)胞生物學(xué)分析手段、工具病毒載體構(gòu)建技術(shù)和光

敏感離子通道激活技術(shù)。

課題三神經(jīng)環(huán)路信號(hào)傳遞、整合與儲(chǔ)存

本課題擬采用多種模式動(dòng)物（果蠅、斑馬魚(yú)、大/小鼠）和多和活體實(shí)臉手

段（電生理、鈣成像、行為等）斷究視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等多模態(tài)感覺(jué)信息

傳遞、整合與儲(chǔ)存發(fā)生的精確位點(diǎn)和神經(jīng)機(jī)制，探討其對(duì)動(dòng)物行為的作用。

創(chuàng)新點(diǎn)與特色:采用多種模式動(dòng)物，從不同角度研究多模態(tài)感覺(jué)信息整合

的原理；運(yùn)用在整體果蠅、斑馬魚(yú)、大/小鼠上的活體全細(xì)胞記錄技術(shù)與鈣成像

相結(jié)合的手段，并引入光敏感離聲通道激活和失活神經(jīng)環(huán)路的技術(shù)。

可行性分析:已建立完善的實(shí)驗(yàn)體系，主要學(xué)術(shù)骨干在以上研究領(lǐng)域均有

較好的工作積累，已獲得一些與本課題相關(guān)的前期工作成果，有望取得進(jìn)一步

的突破。

課題四工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)

本課題采用實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法，圍繞工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)環(huán)

路機(jī)制展開(kāi)深入研究。在實(shí)驗(yàn)方面，將以果蠅、小鼠和猴作為模式動(dòng)物，采用

行為學(xué)、腦片和整體動(dòng)物的示蹤、光學(xué)成像、電生理等技術(shù)，以研究工作記憶

和抉擇行為的神經(jīng)元環(huán)路機(jī)制和功能。在理論分析方面，將以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，

結(jié)合大規(guī)模的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算仿真，揭示工作記憶和抉擇行為在神經(jīng)元環(huán)路

上的計(jì)算原理。理論的結(jié)果和預(yù)測(cè)將對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析提供新的思

路。

創(chuàng)新點(diǎn)與特色:從分子、細(xì)胞、環(huán)路、到整體行為等多層次、多角度展開(kāi)實(shí)

驗(yàn)和理論緊密結(jié)合的研究，揭示神經(jīng)環(huán)路實(shí)現(xiàn)工作記憶和抉擇行為的機(jī)理，以期

進(jìn)一步認(rèn)識(shí)其它認(rèn)知功能的環(huán)路機(jī)制。

可行性分析:已建立相對(duì)成熟的整體動(dòng)物的鈣成像、電生理、動(dòng)物行為及計(jì)

算的平臺(tái)。主要學(xué)術(shù)骨干在神經(jīng)元環(huán)路的實(shí)臉記錄與操縱、理論的模擬與分析等

方面有多年的積累。

課題五神經(jīng)環(huán)路異常的分子機(jī)制

本課題將結(jié)合基因剔除/過(guò)表達(dá)技術(shù)、動(dòng)物行為分析、影像技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)、

電生理技術(shù)、及生化實(shí)驗(yàn)方法，研究與疾病相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路異常的分子機(jī)制。

創(chuàng)新點(diǎn)和特色:從神經(jīng)環(huán)路的形成與功能的層面來(lái)了解腦疾病發(fā)病機(jī)理，以

期為開(kāi)發(fā)有臨床運(yùn)用前景的預(yù)防與治療方法提供新思路。

可行性分析:所需的轉(zhuǎn)基因、基因敲除小鼠已基本構(gòu)建好，所需抗體已制備。

主要學(xué)術(shù)骨干對(duì)正常與異常神經(jīng)環(huán)路的分子機(jī)制研究已有多年經(jīng)臉。

四、年度計(jì)劃

研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)

1.檢測(cè)Sirtl對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞庫(kù)的影L獲得Sirll調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞增殖

枸；研究Ezh2對(duì)新生神經(jīng)元的調(diào)的數(shù)據(jù)；獲得Ezh2調(diào)控神經(jīng)元

控；發(fā)育的初步數(shù)據(jù)；

2.收集和制備實(shí)驗(yàn)所需的各種轉(zhuǎn)基2.找到?jīng)Q定Gad67在脊髓中時(shí)空正

因小鼠；尋找決定Gad67時(shí)空正確表達(dá)的調(diào)控序列，獲得nestin

確表達(dá)的調(diào)控序列；轉(zhuǎn)基因小鼠等多種小鼠；

3.確定Slit/Robo在大腦皮層神經(jīng)元3.完成Slit/Robo調(diào)節(jié)大腦皮層神

遷移中的作用及分子機(jī)理；經(jīng)元遷移的工作，整理并撰寫(xiě)論

4.發(fā)展檢測(cè)Rab5和RablO等活性文；

的靈敏FRET探針；4.獲得檢測(cè)Rab及蛋芻酶的靈敏方

5.篩選可被神經(jīng)元電活動(dòng)調(diào)控的，法；

調(diào)節(jié)樹(shù)突形態(tài)與突觸功能的新基5.完成基因芯片篩選；得到MeCP2

因；篩選McCP2調(diào)控基因；調(diào)控基因表達(dá)的全面數(shù)據(jù)，確認(rèn)

6.鑒定皮層錐體細(xì)胞的軸突通道亞MeCP2對(duì)突觸發(fā)育的作用；

型及其電壓依賴特性；研究視覺(jué)6.闡明錐體細(xì)胞動(dòng)作電位爆發(fā)的離

如何調(diào)節(jié)Mauthner細(xì)胞的聽(tīng)覺(jué)和子機(jī)制；揭示視覺(jué)對(duì)聽(tīng)神經(jīng)

行為；-Mauthner細(xì)胞聽(tīng)覺(jué)通路的作用；

7.通過(guò)‘電生理和鈣影像技術(shù)尋找果

7.發(fā)現(xiàn)果蠅味覺(jué)二級(jí)和高級(jí)神經(jīng)元

蠅味覺(jué)二級(jí)和高級(jí)神經(jīng)元以及嗅以及嗅覺(jué)三級(jí)神經(jīng)元；發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)

覺(jué)三級(jí)神經(jīng)元；VI神經(jīng)元集群的和鞏固時(shí)序?qū)W習(xí)的條件；

時(shí)序?qū)W習(xí)與記憶；8.建立生理、解剖、光遺傳、行為

8.疙立小鼠的工作記憶的行為范等研究工作記憶的實(shí)驗(yàn)方法，揭

式，光遺傳手段，以及相關(guān)生理示多巴胺，五羥色胺以及GABA

和行為學(xué)的檢測(cè)；研究果蠅中抉分別在強(qiáng)化學(xué)習(xí)和抉擇行為動(dòng)態(tài)

擇行為的動(dòng)態(tài)性，及其涉及的神性調(diào)控中的不同作用；

經(jīng)環(huán)路與機(jī)制；9.初步探討網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，為

9.建立生物學(xué)上合理的大尺度的神后期細(xì)致模擬工作:己憶和抉擇行

經(jīng)元環(huán)路模型；為做準(zhǔn)備；

1().研究CDKL5和MeCP2的相互關(guān)10.闡明CDKL5和McCP2的上

系。特異敲除ErbB4基因，建立下游關(guān)系，建立ErbB4的條件敲

研究Ap產(chǎn)生和積累的模型；除小鼠，建立檢測(cè)Ap的系統(tǒng)。

11.研究GAT1敲除小鼠行為學(xué)表發(fā)現(xiàn)TRPC6對(duì)Ap水平的調(diào)控作

型，研究RDNF急性..慢性處理用：

對(duì)ASIC表達(dá)及功能的調(diào)控作用。11.確認(rèn)GAT1敲除小鼠的精分

表型，確定BDNF對(duì)ASIC的敏

化調(diào)控作用。

研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)

I.確定Sirtl的表型；通過(guò)為內(nèi)Ezh21.基本完成Sirtl調(diào)控的作用方式，

抑制實(shí)驗(yàn)以及miR-26過(guò)表達(dá)實(shí)整理撰寫(xiě)研究論文，基本完成對(duì)

驗(yàn)來(lái)闡述兩者的相互作用：Ezh2與miR-26相互作用機(jī)制的

2.分析neslin轉(zhuǎn)基因小鼠腦內(nèi)表型；探索；

分析神經(jīng)細(xì)胞中是否存在細(xì)胞特2.初步明確在Glu能神經(jīng)元中表達(dá)

異性基因組DNA重組；外源基因能否改變其遞質(zhì)表型。

3.研究迂移神經(jīng)元中極理黏附受確定神經(jīng)細(xì)胞中是否存在細(xì)胞

RhoA/myosin和極性信號(hào)復(fù)合物特異性基因組DNA重組；

Par3/Par6/aPKC的影響；3.明確遷移神經(jīng)元中極性黏附建

4.研究Rab5、RablO.Calpain以及立的機(jī)制，整理撰寫(xiě)論文；

Caspase3的時(shí)空激活規(guī)律；4.明確RablO等小G蛋白的可能作

5.對(duì)基因芯片篩選出的基因進(jìn)行鑒用機(jī)制；

定與確認(rèn)；建立MeCP2轉(zhuǎn)基因小5.完成對(duì)基因芯片篩選出的基因

鼠篩選在不同組織特異性高表達(dá)的鑒定與確認(rèn)；獲得MeCP2轉(zhuǎn)

和敲除McCP2的小鼠；基6小鼠模型；

6.測(cè)定抑制性中間神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢?.探討抑制性中間和經(jīng)元的動(dòng)作

爆發(fā)的位點(diǎn)，研究多巴胺神經(jīng)系電位產(chǎn)生和傳播機(jī)制，揭示間腦

統(tǒng)如何調(diào)節(jié)視覺(jué)對(duì)聽(tīng)覺(jué)功能和行多巴胺神經(jīng)環(huán)路在視覺(jué)對(duì)聽(tīng)覺(jué)

為的調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)中的重要作用；

7.研究視覺(jué)信號(hào)對(duì)果蠅嗅覺(jué)和神經(jīng)7.發(fā)現(xiàn)果蠅視嗅覺(jué)整合的位點(diǎn)；發(fā)

元嗅覺(jué)反應(yīng)的影響；研究皮層活現(xiàn)影響皮層時(shí)序?qū)W習(xí)與記憶效

動(dòng)狀態(tài)對(duì)時(shí)序?qū)W習(xí)和無(wú)憶的影率的因素；

響；8.初步闡明工作記憶和抉擇行為

8.研1對(duì)前額葉投射神經(jīng)元的精細(xì)

相關(guān)環(huán)路的連接方式，完善工作

連接規(guī)則。觀察到的模式動(dòng)物在記憶和抉擇行為的神經(jīng)元環(huán)路

工作記憶和抉擇任務(wù)中的行為規(guī)模8型；

律，完善工作記憶和抉擇行為的9.了解果蠅落菇體內(nèi)各種類型神

神經(jīng)元環(huán)路模型；經(jīng)纖維之間的支配關(guān)系和聯(lián)系

9.觀察kenyon神經(jīng)元軸突與用多巴緊密程度，構(gòu)建計(jì)算模型預(yù)測(cè)這

胺、octopamine、GABA等為遞些行為對(duì)環(huán)路之間關(guān)聯(lián)緊密程

質(zhì)侵入蘑菇體內(nèi)的神經(jīng)元纖維未度的依賴關(guān)系；

梢的聯(lián)接規(guī)則及支配關(guān)系；1().揭示Neuregulin1-ErbB4信號(hào)通

10.研究敲除ErbB4基因的小鼠癲癇路在痕癇發(fā)生發(fā)展中的作用，確

發(fā)生發(fā)展過(guò)程，研究鈣離子是否定過(guò)表達(dá)TRPC6下調(diào)A0的作

介導(dǎo)RPC6對(duì)A0水平的影響；用；

11.研究GAT1敲除小鼠中前額葉腦11.確認(rèn)GAT1的作用機(jī)理，明確在

區(qū)GABA能緊張性電流：研究體情況下BDNF對(duì)ASIC的影響

BDNF-TrkB信號(hào)通路對(duì)ASIC的和對(duì)痛覺(jué)的貢獻(xiàn)，.找到精胺增強(qiáng)

影響，尋找ASIC上精胺敏化的ASIC的作用位點(diǎn)。

位點(diǎn)。

研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)

I.研究Ezh2對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞產(chǎn)生新I.完成Ezh2對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生和發(fā)育

生神經(jīng)元以及神經(jīng)元發(fā)育的調(diào)控的調(diào)控方式，整理擺寫(xiě)論文；

機(jī)制：2.確定NP1及NP2如何指導(dǎo)脊髓

2.分析NP1.NP2條件敲除小鼠脊背角神經(jīng)元軸樹(shù)突的生長(zhǎng)投射，

髓背角神經(jīng)元的軸樹(shù)突投射是否整理并撰寫(xiě)論文；

發(fā)生異常；3.完成RablO對(duì)神經(jīng)元極化作用機(jī)

3.研究RablO效應(yīng)蛋白對(duì)神經(jīng)元極理研究；完成在體檢測(cè)

化的影響；N-cadhcrin功能的轉(zhuǎn)基因小鼠的

4.研究新篩選出基因?qū)?shù)突發(fā)育與構(gòu)建；

突觸功能的調(diào)節(jié)作月；觀察4.完成不同腦區(qū)神經(jīng)元的形態(tài)發(fā)生

MeCP2轉(zhuǎn)基因小鼠中突觸發(fā)育鑒定，初步得到MeCP2調(diào)控樹(shù)

是否受到影響；突棘發(fā)育的體內(nèi)證據(jù)；整理數(shù)據(jù)、

5.研究神經(jīng)調(diào)質(zhì)受體與Na，通道亞撰寫(xiě)論文；

型在軸突始段的共存關(guān)系，研究5.揭示神經(jīng)調(diào)質(zhì)對(duì)軸突Na+通道的

Mauthner細(xì)胞上的視覺(jué)輸入如調(diào)制作用及其機(jī)制；揭示視覺(jué)輸

何受到多巴胺系統(tǒng)的門(mén)控；入的動(dòng)態(tài)門(mén)控機(jī)制和行為意義；

6.檢測(cè)對(duì)味覺(jué)和嗅覺(jué)都有反應(yīng)的神6.發(fā)現(xiàn)果蠅味覺(jué)和嗅覺(jué)整合的整合

經(jīng)元的性質(zhì)；研究STDP在初級(jí)位點(diǎn)；發(fā)現(xiàn)參與VI時(shí)序?qū)W習(xí)與

視皮層群體神經(jīng)元中的作用；記憶的神經(jīng)環(huán)路；

7.記錄多巴胺等神經(jīng)調(diào)質(zhì)如何改變7.深入闡明工作記憶相關(guān)環(huán)路的連

神經(jīng)元內(nèi)在興奮性和突觸傳入。接方式，了解蘑菇年的小葉對(duì)感

觀察在氣味編碼、強(qiáng)化學(xué)習(xí)及抉覺(jué)剌激和獎(jiǎng)懲刺激編碼的一般原

擇等神經(jīng)過(guò)程中與多巴胺能神經(jīng)則；

建工猴的工作記憶行為范式，完

元的活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的蘑菇體小葉興8.

奮模式的變化；善描述腦的抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路

8.建立猴等模式動(dòng)物的工作記憶范模型；

式。完善抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路模9.闡明MeCP2,CDKL5和Ube3A

型；在神經(jīng)元發(fā)育中的作用，確定分

9.研究MeCP2和CDKL5特異性基泌酶或降解酶的作用；

因敲除小鼠的神經(jīng)元存活，10.明確Ca2+信號(hào)及其下游通路在慢

Ube3A在神經(jīng)元環(huán)路建立和功性痛誘發(fā)和維持中的作用，研究

能維持中的作用，研究TRPC6精胺增強(qiáng)ASIC對(duì)神經(jīng)元興奮性

下調(diào)A0水平機(jī)制；的影響。

10.檢測(cè)GABA系統(tǒng)相關(guān)藥物對(duì)于

小鼠類精分癥狀的影響，研究精

胺敏化ASIC對(duì)神經(jīng)元興奮性的

影響。

研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)

1.繼續(xù)研究miR-22以及其它1.完成miR-22對(duì)新生神經(jīng)元調(diào)控

miRNA對(duì)新生神經(jīng)元調(diào)控的作機(jī)制的研究，整理接寫(xiě)論文。初

用機(jī)制：初步探討疾病模型下神步建立用于神經(jīng)干細(xì)胞研究的

經(jīng)干細(xì)胞增生以及分化的作用方體內(nèi)疾病模型；

式；2,初步確定SCF/c-Kit是否參與皮

2.利用Dil示蹤法，研究c-Kit條件質(zhì)——丘腦束發(fā)育的調(diào)控；

敲除的小鼠中皮層——丘腦束發(fā)3.完成Calpain和Caspase3完成新

育有無(wú)異常；篩選出基因?qū)?shù)突發(fā)育與突觸

3.研究豐富環(huán)境飼養(yǎng)的范式可否影功能的調(diào)節(jié)作用的研究；

響電活動(dòng)依賴的樹(shù)突與突觸修剪4.確證MeCP2上下游分子是否參

的可塑性；與樹(shù)突棘發(fā)育與修剪的過(guò)程；整

4.研究MeCP2調(diào)控的基因表達(dá)是理數(shù)據(jù)、撰寫(xiě)并發(fā)表論文；

否對(duì)樹(shù)突棘的發(fā)育與修剪產(chǎn)生影5.闡明神經(jīng)調(diào)質(zhì)對(duì)突觸可望性的

響；完成Rab對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)受體轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)作用及機(jī)制；竭示中腦視覺(jué)

運(yùn)的影響的研究；和聽(tīng)覺(jué)整合的功能特點(diǎn)；

第5.探討神經(jīng)調(diào)質(zhì)對(duì)動(dòng)作電位傳播能6,發(fā)現(xiàn)視覺(jué)模式對(duì)嗅覺(jué)反應(yīng)的調(diào)

力的影響；研究斑馬魚(yú)視頂蓋如控機(jī)制；揭示不同生理狀態(tài)下視

何整合視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的輸入；覺(jué)知覺(jué)記憶鞏固的機(jī)制；

6.檢測(cè)不同視覺(jué)刺激模式對(duì)嗅覺(jué)反7.闡明學(xué)習(xí)如何改變工作記憶和

四應(yīng)的影響；神經(jīng)調(diào)質(zhì)系統(tǒng)對(duì)STDP持續(xù)性發(fā)放以及相關(guān)神經(jīng)元活

和時(shí)空序列學(xué)習(xí)與記憶的作用；動(dòng)。建立猴的光遺帶手段和電生

7.了解不同性質(zhì)的閾下膜電位的相理記錄手段；

關(guān)性在工作記憶的不同時(shí)相有何8.了解蘑菇體神經(jīng)元與其他侵入

年規(guī)律；蘑菇體小葉的神經(jīng)元在行為過(guò)

8.建立猴的光遺傳手段，觀察果蠅程中活動(dòng)關(guān)聯(lián)性的變化趨勢(shì)及

在條件化疫立和抉擇行為過(guò)程相應(yīng)的詢控模式。完善工作記憶

中，蔗菇體神經(jīng)元相互之間活動(dòng)的神經(jīng)元環(huán)路模型；

關(guān)聯(lián)性的變化。探討各種工作記9.闡明MeCP2、CDKL5和UBE3A

憶機(jī)制的合理性；突變致神經(jīng)環(huán)路發(fā)育異常的機(jī)

9.研究敲除ErbB4基因的小鼠的突制，闡明TRPC6調(diào)控分泌菊，

觸傳遞，MeCP2和CDKL5敲除確定AD鼠中TRPC6通道對(duì)學(xué)習(xí)

小鼠的學(xué)習(xí)行為，研究過(guò)表達(dá)和記憶的影響；

TRPC6通道影響g分泌旃的活10.確認(rèn)GAT1對(duì)小鼠類精分癥狀的

性，檢測(cè)AD鼠中過(guò)表達(dá)TRPC6影響，明確BDNF/TrkB-ASIC調(diào)

通道對(duì)學(xué)習(xí)和記憶能力；控途徑在痛信號(hào)傳遞和維持過(guò)

10.檢測(cè)GAT1敲除小鼠類精分癥狀程中作用的重要性。

的作用.ASIC如何券與RDNF對(duì)

于神經(jīng)環(huán)路的調(diào)節(jié)作用,

研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)

1.完善非神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元1.初步取得一些基因是如何調(diào)控神

方面的工作。探討成年神經(jīng)干細(xì)經(jīng)干細(xì)胞激活或沉默的的數(shù)據(jù)；

胞維持.沉默.以及激活的調(diào)控2.基本完成SCF/c-Kit對(duì)皮質(zhì)丘腦束

方式；發(fā)言調(diào)控作用的研究，整理并撰

2.離體實(shí)驗(yàn)研究SCF是否通過(guò)寫(xiě)論文；

3.整理脊M背角神經(jīng)元環(huán)路方面的

c-Kit促進(jìn)皮層深層神經(jīng)元軸突的

黏附生長(zhǎng)；工作；

3.繼續(xù)完善與優(yōu)化脊箭背角神經(jīng)元4.完成神經(jīng)電活動(dòng)調(diào)節(jié)樹(shù)突、樹(shù)突

環(huán)路分析方法。棘修剪機(jī)制的研究；明確MeCP2

4.尋找可能對(duì)缺失或過(guò)多MeCP2的作用機(jī)制；

造成樹(shù)突棘發(fā)育和修剪異常的分5.整理數(shù)據(jù)、撰寫(xiě)并發(fā)表論文；

子途徑進(jìn)行挽救的途徑和方法；6.揭示網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)狀態(tài)在感覺(jué)信息整

5.研究皮層網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)狀態(tài)對(duì)神經(jīng)元合中的作用機(jī)制：揭示視覺(jué)-聽(tīng)覺(jué)

反應(yīng)性的調(diào)節(jié)；研究視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)整合的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制及其行為意

整合如何受到多巴胺系統(tǒng)的調(diào)義；

第節(jié)；7.找到介導(dǎo)果蠅味嗅覺(jué)整合的神經(jīng)

6.研究果蠅視覺(jué)對(duì)嗅覺(jué)影響的位環(huán)路；闡明初級(jí)視皮層時(shí)序?qū)W習(xí)

點(diǎn),STDP對(duì)于初級(jí)視皮層時(shí)序?qū)W與記憶的神經(jīng)機(jī)制；

習(xí)與記憶的充分性和必要性；總8.闡明工作記憶和持續(xù)性發(fā)放中單

五和五年的各個(gè)相關(guān)子課題的工個(gè)細(xì)胞與群體細(xì)胞活動(dòng)的關(guān)系，

作；闡明猴神經(jīng)元在工作記憶中的群

7.記錄神經(jīng)元的突觸可塑性對(duì)工作體活動(dòng)規(guī)律；

記憶和持續(xù)性發(fā)放的相關(guān)性，研9.完善神經(jīng)環(huán)路模型，用模型解釋

年究清醒猴的神經(jīng)元在工作記憶中所觀察到的所有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；了

的環(huán)路群體活動(dòng)的規(guī)律，對(duì)已是解壓力環(huán)境對(duì)群體抉擇行為的影

立的工作汜憶和抉擇行為的神經(jīng)響以及相應(yīng)的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)；

環(huán)路模型歸納匯總；10.闡明MeCP2和CDKL5突變致

8.建立和完善果蠅社會(huì)學(xué)習(xí)和群體認(rèn)知功能異常的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，提

抉擇范式；出對(duì)AD發(fā)病機(jī)理的新認(rèn)識(shí)，闡

8.驗(yàn)證分析MeCP2和CDKL5對(duì)突明GABA系統(tǒng)與精神分裂癥發(fā)病

觸可塑性和神經(jīng)環(huán)路的影響；機(jī)理的關(guān)系；揭示ASIC敏感化調(diào)

TRPC6通過(guò)下調(diào)Ap的產(chǎn)生減少控的分子基礎(chǔ)并發(fā)現(xiàn)缺血性神經(jīng)

其對(duì)突觸的毒性，改善了行為;損傷和慢性痛治療新靶點(diǎn)；

GABA對(duì)前額葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的11.總結(jié)結(jié)果，發(fā)表論文。

影響；探索合成相關(guān)針對(duì)BDNF

敏化ASIC的干擾肽；研究ASIC

精胺敏化的抑制劑對(duì)神經(jīng)保護(hù)作

用；

9.總結(jié)并撰寫(xiě)論文。

一、研究?jī)?nèi)容

圍繞神經(jīng)環(huán)路的形成、功能與可塑性這一主題，所建議的五個(gè)研究課題將用

各種實(shí)驗(yàn)手段力爭(zhēng)在神經(jīng)環(huán)路的形成過(guò)程、信息編碼和處理的功能、及神經(jīng)環(huán)路

的可塑性等方面取得重要突破。以下將按課題順序敘述擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和

主要研究?jī)?nèi)容。

課題一神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生、遷移與軸突生長(zhǎng)

神經(jīng)系統(tǒng)早期發(fā)育過(guò)程中，神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分化產(chǎn)生不同類型的神經(jīng)元,

以及新生神經(jīng)元的遷移定位和軸突投射到特定的部位對(duì)于功能性神經(jīng)環(huán)路的形

成是必不可少的環(huán)節(jié)。細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子和miRNA及胞外誘導(dǎo)因子對(duì)這些發(fā)育環(huán)

節(jié)發(fā)揮重要的調(diào)控作用。根據(jù)該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀和熱點(diǎn)，結(jié)合本研究團(tuán)隊(duì)的前期工

作基礎(chǔ)，擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和主要研究?jī)?nèi)容如下：

本課題的關(guān)鍵問(wèn)題：

I）神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化和命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)理；

2）神經(jīng)元遷移和軸突生長(zhǎng)的導(dǎo)向機(jī)制。

主要研究?jī)?nèi)容:

I.大腦皮層和脊髓背角神經(jīng)元產(chǎn)生及神經(jīng)遞質(zhì)表型決定的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制；

2.miRNA在大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞命運(yùn)決定、定向遷移、軸樹(shù)突分化、軸突生長(zhǎng)

導(dǎo)向中的作用；

3.大腦皮層及脊赧神經(jīng)元有序迂移及軸突投射的導(dǎo)向機(jī)制。

課題二神經(jīng)環(huán)路形成與可塑性的分子機(jī)制

神經(jīng)元極性建立、軸樹(shù)突生長(zhǎng)、神經(jīng)元與靶細(xì)胞的特異連接和突觸分化、神

經(jīng)元樹(shù)突和突觸的選擇性修剪等過(guò)程是神經(jīng)環(huán)路形成的基本環(huán)節(jié)，受到各種正性

和負(fù)性因子的調(diào)控，這些因素的綜合作用導(dǎo)致神經(jīng)元之間或神經(jīng)元與靶細(xì)胞的精

確連接以及特定蛋白在突觸前和突觸后的精確定位。

本課題的關(guān)鍵問(wèn)題:

I）神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生的分子機(jī)制；

2）發(fā)育過(guò)程中神經(jīng)元活動(dòng)依賴的樹(shù)突和突觸的修剪機(jī)制。

主要研究?jī)?nèi)容:

I.在神經(jīng)元極性建立中細(xì)胞背菜的調(diào)節(jié)機(jī)制和膜組分的不對(duì)稱轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制；

2.神經(jīng)元電活動(dòng)調(diào)節(jié)樹(shù)突發(fā)育及突觸功能的分子機(jī)制；

3.樹(shù)突和突觸修剪的調(diào)節(jié)機(jī)制。

課題三神經(jīng)環(huán)路信號(hào)傳遞、整合與儲(chǔ)存

研究神經(jīng)環(huán)路中信息傳遞、整合與儲(chǔ)存的機(jī)制有助于我們深入理解腦的工作

原理以及動(dòng)物行為產(chǎn)生的機(jī)制。

本課題的關(guān)鍵問(wèn)題:采用不同模式動(dòng)物和在體實(shí)險(xiǎn)手段，研究信息傳遞、儲(chǔ)

存和多模態(tài)感覺(jué)信息整合的突觸和環(huán)路機(jī)制。

主要研究?jī)?nèi)容:

I.神經(jīng)信息的產(chǎn)生與傳遞的調(diào)控與可塑性機(jī)制，包括神經(jīng)元的動(dòng)作電位產(chǎn)生和

傳導(dǎo)，神經(jīng)遞質(zhì)與感覺(jué)剌激對(duì)信息產(chǎn)生與傳遞的調(diào)控：

2.視覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和味覺(jué)之間的調(diào)控與整合的突觸和環(huán)路機(jī)制，及其在動(dòng)物

行為中的功能；

3.皮層神經(jīng)環(huán)路學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)中時(shí)序信息的機(jī)制。

課題四工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)

工作記憶和抉擇行為相互關(guān)聯(lián)，其相關(guān)腦區(qū)也是相互重登的。工作記憶所儲(chǔ)

存的信息包括抉擇時(shí)刻的外部刺激、動(dòng)物本身的需求和相關(guān)的回憶，是動(dòng)物做出

合理袂擇的關(guān)鍵；反之，抉擇行為的結(jié)果又決定了動(dòng)物工作記憶的內(nèi)容和模式，

并將行為的后果存入及更替過(guò)去的記憶。

本課題的關(guān)鍵問(wèn)題:

工作記憶與價(jià)值抉擇的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制及其神經(jīng)計(jì)算原理。

主要研究?jī)?nèi)容:

I.工作記憶的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制；

2.抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制；

3.工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路的理論模型。

課題五神經(jīng)環(huán)路異常的分子機(jī)制

突觸與神經(jīng)環(huán)路功能失常是神經(jīng)系統(tǒng)疾病的重要特征。分子機(jī)制的異?？稍?/p>

成突觸形成和神經(jīng)環(huán)路功能的異常，導(dǎo)致腦功能（如記憶和學(xué)習(xí)）損傷和失常。

本課題的關(guān)鍵問(wèn)題:

神經(jīng)環(huán)路形成與功能異常的分子機(jī)制

主要研究?jī)?nèi)容:

I.與智障相關(guān)基因?qū)е麓竽X皮層神經(jīng)環(huán)路發(fā)育異常的分子機(jī)制；

2.大腦皮層GABA抑制性突觸傳遞在精神分裂癥和癲癇病發(fā)生中的作用；

3.離子通道在神經(jīng)元存活和死亡過(guò)程中的作用。

項(xiàng)目名稱：細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)的前沿研究和關(guān)鍵技

術(shù)

首席科學(xué)家：王世強(qiáng)北京大學(xué)

起止年限：2011.1至2015.8

依托部門(mén)：教育部

二、預(yù)期目標(biāo)

本項(xiàng)目的總體目標(biāo)：

我們將在深入分析細(xì)胞鈣信號(hào)、線粒體ROS信號(hào)與關(guān)鍵蛋白的時(shí)空動(dòng)態(tài)活

動(dòng)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)分析和理論建模相結(jié)合的方法系統(tǒng)地分析信號(hào)間相互調(diào)

節(jié)、相互控制的關(guān)系，闡明細(xì)胞信號(hào)微觀隨機(jī)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的基本原理，并

有重點(diǎn)地揭示有關(guān)病理?xiàng)l件下信號(hào)系統(tǒng)失穩(wěn)態(tài)的機(jī)制，為基于細(xì)胞信號(hào)的藥物創(chuàng)

新提供理論基礎(chǔ)。

同時(shí)，根據(jù)研究需求，建立并完善的細(xì)胞時(shí)空動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究體系，發(fā)展新型

顯微成像平臺(tái)，建立和培養(yǎng)一支高水平的多學(xué)科研究隊(duì)伍，為保持和不斷提升我

國(guó)在該領(lǐng)域的研究的水平和國(guó)際影響力奠定可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

五年預(yù)期目標(biāo)：

I.在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，建立完善的信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)體系，重點(diǎn)加強(qiáng)高分辨、新

模態(tài)顯微成像和分子探針平臺(tái)，發(fā)展顯微圖像實(shí)時(shí)處理和三維重構(gòu)技術(shù)，爭(zhēng)

取實(shí)現(xiàn)若干關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新；

2.闡明細(xì)胞鈣信號(hào)納米尺度局部控制機(jī)制和鈣穩(wěn)態(tài)維持條件。在有代表性的病

理?xiàng)l件下（例如交感緊張?jiān)斐傻哪I上腺素受體過(guò)度激動(dòng)），研究鈣信號(hào)時(shí)空

動(dòng)態(tài)的異常，闡明其失穩(wěn)態(tài)的機(jī)制；

3.定量研究細(xì)胞ROS爆發(fā)產(chǎn)生超氧炫的動(dòng)態(tài)過(guò)程，揭示ROS信號(hào)穩(wěn)態(tài)維持與

細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)、關(guān)鍵信號(hào)蛋白的相互調(diào)控關(guān)系，以及在有代表性的病理?xiàng)l件下

ROS動(dòng)態(tài)的異常、ROS與鈣失穩(wěn)態(tài)的交互作用以及相關(guān)信號(hào)蛋白的作用：

4.在實(shí)瞼數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立細(xì)胞信號(hào)反應(yīng)擴(kuò)散模型和隨機(jī)鏈模型，系統(tǒng)研究

細(xì)胞鈣信號(hào)、ROS信號(hào)系統(tǒng)和關(guān)鍵蛋白的微觀隨機(jī)行為整合為系統(tǒng)穩(wěn)健性的

基本原理，提出基于細(xì)胞信號(hào)的控制理論和優(yōu)化理論。

5.培養(yǎng)碩士博士研究生60?80名，博士后10?20名，國(guó)家杰出青年基金獲得

者、教育部“長(zhǎng)江學(xué)者”、中科院“百人計(jì)劃”等學(xué)術(shù)帶頭人4-8名。從而

造就一批在細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)研究領(lǐng)域有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)秀中青年科學(xué)家

和后備人才，建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、具備攻堅(jiān)能力的國(guó)際水平研究隊(duì)伍；

6.主辦1?2次細(xì)胞信號(hào)動(dòng)態(tài)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，強(qiáng)化我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)地位;

7.研究成果主要以研究論文和獨(dú)立開(kāi)發(fā)的技術(shù)成果（專利）形式公布，五年內(nèi)

爭(zhēng)取發(fā)表SCI論文100篇，其中相關(guān)領(lǐng)域主流學(xué)術(shù)期刊不少于4）%,力爭(zhēng)在

Cell.Nature或Science上發(fā)耒論文,并申報(bào)專利10項(xiàng)。

三、研究方案

1.總體學(xué)術(shù)思路:

首先，我們基于以往突破性進(jìn)展的基礎(chǔ)，繼續(xù)深入研究細(xì)胞鈣信號(hào)和超氧炫

的時(shí)空動(dòng)態(tài)及其調(diào)控機(jī)制。這些調(diào)控機(jī)制必然涉及相關(guān)信號(hào)通路一些關(guān)鍵蛋白，

我們將通過(guò)對(duì)這些蛋白分子動(dòng)態(tài)和相互作用的研究深入地闡明它們與鈣信號(hào)和

ROS信號(hào)系統(tǒng)的相互調(diào)控。這三個(gè)方面在思路上以分析為主。

在上述分析的基礎(chǔ)上，我們將通過(guò)兩種方式進(jìn)行整合研究。一方面是針對(duì)參

與鈣信號(hào)和ROS相互作用的關(guān)鍵蛋白，利用基因敲除、定點(diǎn)突變等遺傳干預(yù)手

段“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，通過(guò)單因素變化導(dǎo)致的多因素變化來(lái)推斷多信號(hào)體系內(nèi)

的調(diào)控關(guān)系；另一方面在大量時(shí)空動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)姥數(shù)學(xué)樵型，從控制

原理和優(yōu)化理論的角度研究系統(tǒng)的性質(zhì)，揭示微觀隨機(jī)信號(hào)形成系統(tǒng)穩(wěn)健性的原

理。

細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)研究很大程度上依賴研究技術(shù)的進(jìn)步。我們的前沿探索將

對(duì)顯微成像技術(shù)、分子探針、多維圖像算法等提出較高的需求，因此將發(fā)揮項(xiàng)目

組成員的多學(xué)科優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)新模態(tài)、高分辨、高通量成像技術(shù)的自主創(chuàng)新。

2.技術(shù)路線及可行性：

本項(xiàng)目將采取多學(xué)科相互交叉、滲透和有機(jī)結(jié)合的途徑，重點(diǎn)圍繞鈣信號(hào)

和ROS信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)關(guān)系，研究關(guān)鍵信號(hào)蛋白如何相互作用實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)這一關(guān)鍵科

學(xué)問(wèn)題，結(jié)合分子探針、顯微成像關(guān)鍵技術(shù)的完善與發(fā)展，系統(tǒng)地產(chǎn)展跨學(xué)科的

基礎(chǔ)研究。

細(xì)胞信號(hào)成像將采用激光共聚焦顯微成像系統(tǒng)。在需要較高時(shí)間分辨率的研

究中采用高速共聚焦系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集速率可達(dá)100?1000幀/秒，細(xì)胞的三維掃

描可在1秒中完成。我們將自行研制STED系統(tǒng)用于空間高分辨成像，研制CARS

和SRS系統(tǒng)用于非熒光探針成像。為了高效率處理大量多維圖像數(shù)據(jù)，我們將

發(fā)展經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)(empirical,dzta-driven)分析方法，利用主成分分析進(jìn)行數(shù)據(jù)

降維，把降維后的數(shù)據(jù)投射到一個(gè)Langevin方程上，衍生出一系列小規(guī)模的動(dòng)

力系統(tǒng)。用獨(dú)立成分分析以及去卷積計(jì)算細(xì)胞信號(hào)的時(shí)空序列。

在關(guān)鍵信號(hào)蛋白的研究中，我們將利用在分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)以及生

物化學(xué)方面的良好工作基礎(chǔ)，根據(jù)項(xiàng)目對(duì)信號(hào)蛋白的觀測(cè)需求，采用不同技術(shù)途

徑實(shí)現(xiàn)信號(hào)蛋白及其相互作用的可視化。我們將在“大腸桿菌-哺乳匆胞”穿梭體

系和分子進(jìn)化平臺(tái)的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建新穎的商通量變異體篩選庫(kù)，實(shí)現(xiàn)非天然氨

基酸分子標(biāo)記。我們還將設(shè)計(jì)具有特殊光學(xué)性質(zhì)的熒光蛋白、pHluorin與信號(hào)蛋

白的表達(dá)體系，進(jìn)行穩(wěn)定遺傳。開(kāi)展小分子信使(如離子、ROS等)的檢測(cè)及其

生物學(xué)功能研究；發(fā)展SRET技術(shù)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)多個(gè)蛋白相互作用的調(diào)控機(jī)理研究。

由于在心臟細(xì)胞等高度分化的細(xì)胞表達(dá)分子探針還有相當(dāng)?shù)睦щy，我們將先用細(xì)

胞株和植物細(xì)胞進(jìn)行篩選，條件成熟的探針可以構(gòu)建腺病毒或慢病毒轉(zhuǎn)染表達(dá)體

系。通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化，我們將推動(dòng)探針技術(shù)成為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)蛋白

及其相互作用的高時(shí)空分辨探測(cè)。

為深入闡述信號(hào)微觀隨機(jī)動(dòng)態(tài)與系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的相互關(guān)系，我們將在多種尺度上

開(kāi)展研究。在分子水平上，研究重要信號(hào)蛋白的動(dòng)態(tài)行為及相互作月；在細(xì)胞器

水平上，研究鈣信號(hào)、ROS信號(hào)的動(dòng)態(tài)及其與信號(hào)蛋白的相互作用；在細(xì)胞水

平上，研究鈣信號(hào)螺旋波，鈣信號(hào)與ROS信號(hào)相互作用，信號(hào)蛋白的空間定位

和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等；在整體水平上，將采用基因敲除鼠和轉(zhuǎn)基因鼠方法，研究信號(hào)蛋

白的功能及其整合調(diào)控關(guān)系。我們既在離體細(xì)胞內(nèi)研究信使分子的時(shí)空動(dòng)態(tài)和信

號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，也在動(dòng)物活體上觀測(cè)分干信號(hào)的動(dòng)態(tài)，將離體與在體研究相統(tǒng)一。

通過(guò)數(shù)學(xué)建模，將實(shí)驗(yàn)事實(shí)與生物學(xué)規(guī)律聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的擬合，建

立細(xì)胞信使動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)相統(tǒng)一的理論模型。雖然系統(tǒng)的維數(shù)很大，但是通常只有

幾個(gè)反應(yīng)是限速的(rale-limiting)。我們可以通過(guò)限速反應(yīng)、或某些“限速”的網(wǎng)絡(luò)

模塊(module),發(fā)展基于信號(hào)傳遞或信息流的網(wǎng)絡(luò)分解方法。我們將基于反應(yīng)擴(kuò)

散型偏微分方程、Ginzburg-Landau非線性偏微分方程等建立心肌組胞鈣信號(hào)螺

旋波的數(shù)學(xué)模型，開(kāi)展對(duì)螺旋鈣波動(dòng)力學(xué)行為的研究。以單分子米氏方程為基礎(chǔ)

建立單分子反應(yīng)模型，進(jìn)一步建立分子寡聚體系的數(shù)學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)Monic

Carlo仿真獲得分子寡聚體系動(dòng)態(tài)行為。我們將推廣謝曉亮的單分子米氏方程理

論，建立包含多類分子的反應(yīng)通路的動(dòng)力學(xué)，然后發(fā)展多尺度分子交互系統(tǒng)的理

論。

本項(xiàng)目提托中關(guān)村地區(qū)的學(xué)術(shù)環(huán)境優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮綜合大學(xué)的多學(xué)科攻關(guān)優(yōu)勢(shì)，

利用多個(gè)國(guó)家級(jí)研究基地的資源優(yōu)勢(shì)，包括生物膜與膜生物工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)

室、分子科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、生物大分子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)險(xiǎn)室等。因此，木項(xiàng)目承擔(dān)單

位具有良好的研究條件和研究基礎(chǔ)。

承擔(dān)本項(xiàng)目研究工作的中堅(jiān)力量都是細(xì)胞信號(hào)動(dòng)態(tài)研究、分子探針研究、新

一代顯微成像和多維圖像處理等杓關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人，擁有卓著的研究成果和

豐富的研究經(jīng)臉，部分成員的研究在國(guó)際同領(lǐng)域居主導(dǎo)地位。更為宣要的是，本

項(xiàng)目成員多年來(lái)保持密切交流和合作，不僅多次召開(kāi)學(xué)術(shù)研討會(huì)，還產(chǎn)生了多項(xiàng)

重要合作研究成果。為本項(xiàng)目攻關(guān)提供了強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)。

3.創(chuàng)新點(diǎn)與特色：

本項(xiàng)目是根據(jù)國(guó)際研究前沿和熱點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)在細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)研究的特

色和優(yōu)勢(shì)，針對(duì)可能獲得突破的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題而提出的。其創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在：

（1）研究目標(biāo)的創(chuàng)新。本項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是微觀隨機(jī)信號(hào)整合

成細(xì)胞調(diào)控穩(wěn)態(tài)的基本原理。這是基于我們以往對(duì)細(xì)胞信號(hào)隨機(jī)動(dòng)態(tài)的深入研

究，經(jīng)過(guò)多次跨學(xué)科研討，凝練出的科學(xué)問(wèn)題，是生命科學(xué)、系統(tǒng)與控制科學(xué)、

非線性物理科學(xué)領(lǐng)域共同關(guān)心的基本問(wèn)題。

（2）研究思路的創(chuàng)新。細(xì)胞信號(hào)過(guò)程是一個(gè)多層次復(fù)雜、動(dòng)態(tài)體系。深入

研究這一動(dòng)態(tài)體系中細(xì)胞信號(hào)的相互作用規(guī)律需要整合不同學(xué)科的優(yōu)勢(shì)。我們?cè)?/p>

總體研究思路上，實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合、分析與綜合相結(jié)合、微觀與宏觀相結(jié)合、

離體與在體相結(jié)合、隨機(jī)與穩(wěn)態(tài)相結(jié)合、科學(xué)探索與技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合。用不同思

路、從不同角度進(jìn)攻同一關(guān)鍵問(wèn)題。

（3）研究方法的創(chuàng)新。研究細(xì)胞信號(hào)激活的時(shí)間、空間、幅度以及與上下

游信號(hào)分子相互作用有很大的技術(shù)難度。要獲得突破性進(jìn)展，很大程度上依賴于

建立新技術(shù)和新方法。本項(xiàng)目將充分利用項(xiàng)目組成員的研究特長(zhǎng)，延立和發(fā)展高

分辨率顯微成像技術(shù)、基于拉曼光譜的新模態(tài)顯微成像技術(shù)、基于非天然氨基酸

的蛋白質(zhì)標(biāo)記技術(shù)、基于熒光蛋白的信號(hào)分子探針技術(shù)、光激活熒光蛋白及蛋白

相互作用的動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)、基因打靶技術(shù)、RNA干擾技術(shù)等新的綜合平臺(tái)，為

深入揭示細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)創(chuàng)造得天獨(dú)厚的實(shí)驗(yàn)條件。

本項(xiàng)目的顯著特色是多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)。本項(xiàng)目的主要研究骨干未自北京人

學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、工學(xué)院、化學(xué)學(xué)院、數(shù)學(xué)學(xué)院，中科院生物物理所，中科院植

物所，北京師范大學(xué)和中南民族大學(xué)，匯聚了來(lái)自細(xì)胞生物學(xué)、生物物理學(xué)、分

子生物學(xué)、生物信息學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、數(shù)學(xué)、工學(xué)等多學(xué)科的專家，聯(lián)合組成跨

學(xué)科攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)中，生命科學(xué)專家提出關(guān)于生命活動(dòng)信號(hào)調(diào)控的基本問(wèn)題，

并從分子、細(xì)胞到整體進(jìn)行實(shí)臉可究；長(zhǎng)期致力于生命過(guò)程研究的數(shù)學(xué)家以實(shí)驗(yàn)

數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)抽象、建模、仿真，對(duì)細(xì)胞信號(hào)時(shí)空過(guò)程的穩(wěn)態(tài)機(jī)制進(jìn)行理論

升華；化學(xué)生物學(xué)家通過(guò)設(shè)計(jì)分干探針，實(shí)現(xiàn)信號(hào)分子的動(dòng)態(tài)和相互作用研究；

來(lái)自工學(xué)院的專家一方面為項(xiàng)目中成像技術(shù)和數(shù)據(jù)分析提供支掾，也將產(chǎn)生研究

技術(shù)的自主創(chuàng)新成果。

4.課題設(shè)置

本項(xiàng)目圍繞總體目標(biāo)，設(shè)立六個(gè)課題組：

課題1細(xì)胞鈣信號(hào)的時(shí)空特異性調(diào)控

研究?jī)?nèi)容：通過(guò)過(guò)去三十多年的不懈探索，細(xì)胞鈣信號(hào)的微觀性質(zhì)已經(jīng)逐

步闡明，但這些信號(hào)如何控制并產(chǎn)生復(fù)雜的胞內(nèi)動(dòng)態(tài)行為尚知之甚少，限制了對(duì)

有關(guān)生理和病理過(guò)程的深入認(rèn)識(shí)。為此，本課題主要研究細(xì)胞鈣信號(hào)的微觀控制

和時(shí)空自組織過(guò)程，包括鈣火花發(fā)生過(guò)程中L型鈣通道與鈣釋放通道間納米尺度

局部控制、鈣火花通過(guò)鈣致鈣釋於自激形成螺旋鈣波和鈣振蕩的時(shí)空動(dòng)態(tài)，同時(shí)

與課題二合作研究細(xì)胞鈣信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)與超氧信號(hào)的相互關(guān)系。

研究目標(biāo)：本課題的總體目標(biāo)是闡明細(xì)胞鈣信號(hào)納米尺度局部控制機(jī)制和

細(xì)胞鈣信號(hào)自組織機(jī)制，闡明單線態(tài)氧分子等超氧信號(hào)與細(xì)胞鈣振蕩的相互作

用，從而對(duì)細(xì)胞鈣信號(hào)異常如何導(dǎo)致心律失常等重大疾病這一長(zhǎng)期未能闡明的問(wèn)

題提供新的分子病理機(jī)制。

承擔(dān)單位：北京大學(xué)、北京師范大學(xué)

課題組長(zhǎng)；王世強(qiáng)

學(xué)術(shù)骨干：崔宗杰

經(jīng)費(fèi)比例：20%

課題2超氧炫與細(xì)胞ROS信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)

研究?jī)?nèi)容：ROS信號(hào)與細(xì)胞信號(hào)通路調(diào)節(jié)、應(yīng)激反應(yīng)、衰老、凋亡以及

多種疾病密切相關(guān)，在生理和病理?xiàng)l件下都發(fā)揮重要作用。盡管ROS信號(hào)研究

歷史悠久，制約ROS信號(hào)動(dòng)態(tài)研究的主要原因是缺少特異性好、靈敏度高的

ROS探針。我們最新研究發(fā)明了一種特異于超氧陰離子的熒光蛋白探針

cpYFP,利用該定位于線粒體的超氧陰密于熒光探針，我們發(fā)現(xiàn)了新的線粒體超

氧生成事件，并命名“超氧炫（superoxideflashfo本研究將在此研究成果基礎(chǔ)

上，進(jìn)一步發(fā)展在體實(shí)時(shí)探測(cè)ROS技術(shù)，并結(jié)合代謝模式轉(zhuǎn)變的疾病動(dòng)物模型，

深入探討ROS信號(hào)時(shí)空特性及其分子調(diào)控機(jī)制，從新的視野研究ROS信號(hào)的

病理生理意義。

研究目標(biāo)：以超氧炫信號(hào)為基礎(chǔ)，在整體動(dòng)物水平實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)正常生理代謝

過(guò)程及有關(guān)病理過(guò)程中ROS信號(hào)的變化及其作用機(jī)制，探討超氧炫信號(hào)用于診

斷的可行性。

承擔(dān)單位：北京大學(xué)

課題組長(zhǎng)：張晨

學(xué)術(shù)骨干：程和平、吳蓿

經(jīng)費(fèi)比例：16%

課題3鈣和ROS通路關(guān)鍵信號(hào)蛋白的可視化分析

研究?jī)?nèi)容：本課題將以細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白為研究對(duì)象，結(jié)合超高

分辨率熒光成像、熒光相關(guān)光譜分析等技術(shù)，著重考察鈣致鈣釋放信號(hào)蛋白復(fù)合

體、AdR募集不同亞型磷酸二酯麻、ROS激活caspase和鈣依賴生蛋白激酶等

過(guò)程關(guān)鍵蛋白的動(dòng)態(tài)和相互作用.闡釋關(guān)鍵信號(hào)蛋白相互調(diào)控的分子機(jī)制。

研究目標(biāo)：通過(guò)設(shè)計(jì)和建立新的熒光蛋白表達(dá)體系及小分子熒光標(biāo)記體系，

對(duì)鈣致鈣釋放信號(hào)蛋白復(fù)合體的窠聚狀態(tài)、G蛋白耦聯(lián)受體募集不同亞型磷酸二

酯醉的時(shí)空動(dòng)態(tài)過(guò)程、ROS激活caspase和鈣依賴性蛋白激酶等過(guò)程實(shí)現(xiàn)可視

化成像，闡明關(guān)鍵信號(hào)蛋白相互調(diào)控的分子機(jī)制。系統(tǒng)優(yōu)化的蛋白質(zhì)特異標(biāo)記技

術(shù)也將為我國(guó)蛋白質(zhì)研究提供一個(gè)新的獨(dú)特的研究方法。

承擔(dān)單位：中國(guó)科學(xué)院植物研究所、北京大學(xué)

課題組長(zhǎng)：林金星

學(xué)術(shù)骨干：何川、李笑宇

經(jīng)費(fèi)比例：18%

課題4細(xì)胞多信號(hào)體系的整合調(diào)控

研究?jī)?nèi)容：細(xì)胞生命活動(dòng)功能受到眾多信號(hào)分子的調(diào)控，如RyR、IP3R

等鈣通透性膜通道、AdR等受體及FKBP12.6、Yap、ROS,DJ-1等調(diào)節(jié)蛋白。

要維持細(xì)胞的正常功能，上迷膜通道、受體、調(diào)節(jié)蛋白間構(gòu)成相互調(diào)控的穩(wěn)態(tài)體

系。本課題將制備基因干預(yù)動(dòng)物模型，結(jié)合分子生物/生物化學(xué)、電生理及成像

技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)，深入研究細(xì)胞多信號(hào)的相互調(diào)控，并闡明其整合機(jī)制.主要研

究?jī)?nèi)容有：可遺傳熒光分子探針動(dòng)物模型；鈣信號(hào)與ROS信號(hào)的交互調(diào)控；關(guān)

鍵信號(hào)蛋白的遺傳干預(yù)。

研究目標(biāo)：闡明FKBP12.6.junctin、yap、D-J1、CALHM1?2在調(diào)控鈣

信號(hào)和ROS信號(hào)協(xié)同穩(wěn)態(tài)中的作用及分子機(jī)制，并闡明這信號(hào)蛋白調(diào)控異常與

疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系；揭示心肌和血管平滑肌細(xì)胞鈣信號(hào)、ROS信號(hào)與相關(guān)關(guān)

鍵信號(hào)蛋白間的整合調(diào)控關(guān)系；在整體動(dòng)物上驗(yàn)證細(xì)胞多信號(hào)失調(diào)及鈣信號(hào)紊亂

與相關(guān)疾病的關(guān)系，并為發(fā)展防治相關(guān)疾病的藥物創(chuàng)新提供理論基礎(chǔ)。

承擔(dān)單位：中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所、中南民族大學(xué)

課題組長(zhǎng)：姬魔聚

學(xué)術(shù)骨干：劉慶華、苗林、馮涓涓

經(jīng)費(fèi)比例：14%

課題5信號(hào)分子時(shí)空隨機(jī)性與介觀行為穩(wěn)健性

研究?jī)?nèi)容：生命科學(xué)正在進(jìn)入分子和細(xì)胞水平的定量研究，探索分子和細(xì)胞

行為的理論模型具有重要意義。話細(xì)胞是非常復(fù)雜的系統(tǒng)：盡管生物分子在細(xì)胞內(nèi)

的行為具有個(gè)體瞬時(shí)的隨機(jī)性，然而細(xì)胞功能具有系統(tǒng)的穩(wěn)健性。本課題通過(guò)圍繞

細(xì)胞鈣信號(hào)、線粒體ROS信號(hào)及相關(guān)關(guān)鍵信號(hào)蛋白構(gòu)成的信號(hào)體系，以生物物理

原理和統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以理論分析、數(shù)值模擬和針對(duì)性拘實(shí)哈設(shè)計(jì)與除證

為方法，通過(guò)對(duì)不同時(shí)空尺度變化的時(shí)空動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的分析建立理論模型，從控制和

優(yōu)化的角度研究系統(tǒng)的性質(zhì)。

研究目標(biāo)：（1）建立信號(hào)分子寡聚體系隨機(jī)動(dòng)力學(xué)理論模型，闡釋信號(hào)分子

微觀隨機(jī)性與細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)介觀穩(wěn)健性的關(guān)系；（2）建立細(xì)胞信號(hào)動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模

型，闡明其形成、傳遞、演變和終止的非線性動(dòng)力學(xué)機(jī)制。本課題基于項(xiàng)目組深入

的研究工作和新穎的高分辨、高通量時(shí)空動(dòng)態(tài)成像技術(shù)，提出了具有創(chuàng)新性的研究

方案，有關(guān)研究對(duì)于深入認(rèn)識(shí)生物功能多樣性和穩(wěn)定性具有重要意義。

承擔(dān)單位：北京大學(xué)

課題組長(zhǎng)：姜明

學(xué)術(shù)骨干：陶樂(lè)天、姚遠(yuǎn)、楊建生

經(jīng)費(fèi)比例：12%

課題6新模態(tài)、高分辨、高通量時(shí)空動(dòng)態(tài)研究新技術(shù)

研究?jī)?nèi)容：本課題“新模態(tài)、高分辨率、高通量時(shí)空動(dòng)態(tài)研究新技術(shù)”的研究集

中于發(fā)展與細(xì)胞信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)觀測(cè)相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，用以定量化揭示細(xì)胞生命

活動(dòng)機(jī)制中的關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)利用大規(guī)模RNA干擾篩選技術(shù)，篩選和確定在這些

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵分子，利用共聚焦顯微鏡、CARS、SRS等高分辨三維成像技

術(shù)，進(jìn)行時(shí)空動(dòng)態(tài)示蹤，詳細(xì)闡釋關(guān)鍵分子的作用機(jī)制，在光學(xué)顯微觀察技術(shù)上，

引入相干拉曼散射作為成像的新模態(tài)，可以擺脫標(biāo)記的困難，在顯微圖像的分析上,

引入新的圖像處理方法，提高可靠性。

研究目標(biāo)：通過(guò)和項(xiàng)目中其他課題的密切合作，開(kāi)發(fā)和發(fā)展新的研究手段和

方法，重點(diǎn)提供以高通量可視化的蛋白基因篩選、關(guān)鍵信號(hào)分子的非標(biāo)記三維顯微

成像、熒光動(dòng)態(tài)信號(hào)的圖像處理為基礎(chǔ)的新方法，為整個(gè)項(xiàng)目提供技術(shù)支撐，同時(shí)

產(chǎn)生具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的細(xì)胞信號(hào)研究新技術(shù)。

承擔(dān)單位：北京大學(xué)

課題組長(zhǎng)：席建忠

學(xué)術(shù)骨干：謝曉亮、黃巖誼、熊春陽(yáng)

經(jīng)費(fèi)比例：22%

5.課通間的關(guān)系

各課題圍繞細(xì)胞信號(hào)動(dòng)態(tài)這一國(guó)際前沿科學(xué)問(wèn)題，在研究過(guò)程中緊密配合、

優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，資源共享。

其中，課題一、二在我們以往突破性進(jìn)展的基礎(chǔ)上繼續(xù)深入研究細(xì)胞鈣信號(hào)

和超氧炫的時(shí)空動(dòng)態(tài)及其調(diào)控機(jī)制，是整個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)突破的基礎(chǔ)。諛題三密切配

合課題一、二，研究關(guān)鍵信號(hào)蛋U的分子動(dòng)態(tài)和相互作用。這三個(gè)謾題構(gòu)成了對(duì)

微觀信號(hào)時(shí)空動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)分析。

課題四、五在上述分析的基陽(yáng)上，分別以遺傳干預(yù)等實(shí)驗(yàn)手段、建模仿真等

理論手段，研究課題一、二、三中信號(hào)動(dòng)態(tài)相互調(diào)控的穩(wěn)態(tài)整合，重點(diǎn)揭示微觀

隨機(jī)信號(hào)形成系統(tǒng)穩(wěn)健性的基本原理，在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上產(chǎn)生理論升華。

課題六從成像技術(shù)和多維圖像算法方面為整個(gè)項(xiàng)目提供技術(shù)支撐，同時(shí)產(chǎn)生

研究相關(guān)技術(shù)的自主創(chuàng)新成果。

四、年度計(jì)劃

研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)

1.建立小鼠鈣信號(hào)異常病理模型，1.闡明細(xì)胞鈣信號(hào)自俎織過(guò)程及其

研究細(xì)胞鈣振蕩和螺旋波的時(shí)空生理和病理意義。

動(dòng)態(tài)。

2.建立不同組織特異性表達(dá)超氧陰2.建立不同組織特異性表達(dá)

離子熒光蛋白探針cpYFP的轉(zhuǎn)cpYFP的轉(zhuǎn)基因小鼠，并利用激

基因小鼠，和在體實(shí)時(shí)、原位監(jiān)光共聚焦顯微成像技術(shù)，在體水

測(cè)超氧炫信號(hào)的技術(shù)平臺(tái)。平檢測(cè)到不同組織的超氧炫信

3.構(gòu)建光激活熒光蛋白與鈣致鈣釋號(hào)。

放蛋白復(fù)合體中有關(guān)信號(hào)蛋白的3.發(fā)展光激活熒光蛋白等特異標(biāo)記

融合載體；通過(guò)對(duì)分子聚集的時(shí)技術(shù)；建立在大腸桿菌、酵母、

空動(dòng)態(tài)的可視化研究，分析鈣致哺乳動(dòng)物細(xì)胞具有普適性的熒光

鈣釋放蛋白復(fù)合體與RyR的關(guān)蛋白標(biāo)記方法，發(fā)展新的活體標(biāo)

第系。記平臺(tái)；建立并完善SRET技術(shù),

4.應(yīng)用基因編碼熒光蛋白技術(shù)體實(shí)現(xiàn)多個(gè)蛋白相互咋用的檢測(cè)。

系，建立有關(guān)信號(hào)分子的組織特4.成功獲取2-3個(gè)與調(diào)控細(xì)胞鈣信

異性基因編碼熒光蛋白探針表達(dá)號(hào)相關(guān)蛋白的遺傳干預(yù)小鼠動(dòng)物

一動(dòng)物模型。模型和可遺傳分子條針的動(dòng)物模

5.建立分子寡聚體系相互作用的米型。

氏方程組；發(fā)展針對(duì)時(shí)空動(dòng)態(tài)數(shù)5.分子寡聚體系米氏膜型；從時(shí)空

據(jù)的數(shù)據(jù)分析與建模工具；研究動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)提取某些詆維流形和穩(wěn)

年細(xì)胞信號(hào)動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模型，與實(shí)健行為表示；細(xì)胞鈣信號(hào)動(dòng)態(tài)的

驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，句對(duì)性的實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型、初步的實(shí)驗(yàn)設(shè)il與驗(yàn)

設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。證。

6.針對(duì)ROS代謝信號(hào)分子，合成

或者制備相應(yīng)ROS分子的檢測(cè)6.建立篩選ROS代謝相關(guān)基因的

探針，并進(jìn)行驗(yàn)證；制備ROS細(xì)胞模型。確定適合大規(guī)模細(xì)胞

代謝相關(guān)的siRNA；建設(shè)CARS的種類、ROS信號(hào)檢測(cè)