Optimization of Calcium and RNA multiplexed activity imaging for highly parallelized evaluation of cell type functions in deep-brain structures

钙和 RNA 多重活性成像的优化,用于高度并行评估深部脑结构中的细胞类型功能

基本信息

  • 批准号:
    10401603
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 84.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2026-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY A central goal of neuroscience is to understand animal behavior in the context of the information processing properties of neuron ensembles. Neurons are circuit nodes in the brain information processing network, but they are also cells that express hundreds of genes that may make important contributions to determining their activity patterns. The relationship between gene expression, neuron projections, neuron activity, and behavior have been, individually, major avenues for investigation in both molecular and systems neuroscience. Integrating these levels of investigation would greatly advance understanding the influence of molecular properties on neuron information processing characteristics in healthy brains and disease states. In this project, which we refer to as CaRMA 2.0, we propose to develop and democratize methodologies to integrate measurements of transcriptomics, projectomics, calcium dynamics, and behavior in deep-brain structures. This proposal builds on our past success to develop and implement Calcium and RNA Multiplexed Activity (CaRMA) imaging, which combines these levels of investigation into a single large-scale experiment. This is achieved by deep-brain two-photon calcium imaging in a behaving mouse, followed by removing and sectioning the brain, aligning the ex vivo image volume with the in vivo-imaged neurons, and then performing multiple rounds of RNA-fluorescence in situ hybridization (FISH) on the same tissue. To reliably produce these high dimensional, multi-modal datasets requires significant advancements for “Optimization of Transformative Technologies for Large Scale Recording and Modulation in the Nervous System” as indicated in this RFA-NS-18-019 program announcement. We will develop improved technologies for deep-brain calcium imaging as well as highly multiplexed gene expression analysis on the same cells and apply this pipeline to investigate the mPFC, hindbrain, and the role of the lateral hypothalamus in hunger, thirst, and fear.
项目摘要 神经科学的一个核心目标是在神经合奏的信息处理特性的背景下了解动物行为。神经元是大脑信息处理网络中的电路节点,但它们也是表达数百个基因的细胞,可以为确定其活性模式做出重要贡献。基因表达,神经元投影,神经元活性和行为之间的关系是分子和系统神经科学投资的主要途径。整合这些研究水平将大大提高理解分子特性对健康大脑和疾病状态中神经元信息处理特征的影响。在我们称为Carma 2.0的项目中,我们建议开发和民主化方法,以整合深度脑结构中的转录组学,项目组学,钙动力学和行为的测量。该提案建立在我们过去成功开发和实施钙和RNA多路复用活动(CARMA)成像的基础上,该成像将这些投资水平结合到一个大规模实验中。这是通过在行为的小鼠中深脑的两光子钙成像来实现的,其次是去除和切除大脑,将离体图像体积与体内成像神经元保持一致,然后在同一组织上进行多个RNA荧光型(FISH)。为了安全地生产这些高维的多模式数据集,需要重大进步,以“在神经系统中优化用于大规模记录和调制的变革性技术”,如本RFA-NS-NS-18-019计划公告所示。我们将开发改进的深脑钙成像的技术,以及对同一细胞上高度多重的基因表达分析,并应用该管道来研究MPFC,后脑以及后来的下丘脑在饥饿,口渴和恐惧中的作用。

项目成果

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