可卡因对大脑的影响:对果蝇的研究显示其影响在细胞水平上

克莱姆森大学人类遗传中心的新研究已经确定了受急性可卡因暴露影响的常见果蝇的大脑中的特定细胞簇，可能为毒品发育治疗或预防人类成瘾的基础。

而可卡因这种药物对神经系统的影响是众所周知的，但其潜在的基因敏感性却并非如此。在人类中，由于环境和遗传因素，对可卡因影响的敏感性各不相同，这使得研究具有挑战性。果蝇中大约70%的基因与人类相似，这为研究人员研究复杂的遗传特征提供了一个可比性的模型。

遗传学家特鲁迪·麦凯和罗伯特·安霍尔特合作研究成立可卡因的使用引起迅速而广泛的变化基因表达整个果蝇大脑 - 差异比女性更明显。

接触可卡因的果蝇表现出运动能力受损和癫痫发作增加。研究表明，所有类型的苍蝇脑细胞都受到了影响，尤其是苍蝇大脑蘑菇体中的凯尼恩细胞和一些胶质细胞。蘑菇体，因其看起来像一对蘑菇而得名，是与经验依赖行为修正相关的整合性大脑中心。

这些发现可能最终会带来治疗方法。

“这项研究确定了大脑中哪些区域是重要的，”麦凯说，他是人类遗传学的自我家庭捐赠主席。“现在，我们可以看到当接触可卡因时，哪些基因会表达出来，以及是否有联邦药物管理局批准的药物可以进行测试，也许首先是在果蝇模型上。”我们已经发现了一些这样的基因。这是基线。我们现在可以利用这项工作来了解潜在的治疗方法。”

研究

在这项研究中，雄性和雌性果蝇被允许在不超过两小时的时间内摄入固定量的蔗糖或蔗糖中添加了可卡因。

研究人员观察了他们摄入可卡因后的行为，发现证据表明，接触可卡因会导致生理和行为上的影响，包括癫痫发作和强迫性梳理。

为了评估可卡因摄入对大脑基因表达的影响，研究人员解剖了苍蝇的大脑，并将它们分解成单细胞。研究人员使用下一代测序技术制造表达的文库基因对于个体细胞。每个细胞都有数千名转录物。

这项研究调查了88,991人细胞。

通过复杂的统计分析，研究人员可以将它们分成36个不同的细胞群。基于基因标记的聚类注释显示，所有主要的细胞类型——神经元和胶质细胞——以及来自大部分大脑区域的神经递质类型，包括蘑菇体，都有代表性。

“我们发现可卡因在大脑中的效果是非常普遍的，雄性和女性之间存在明显的差异。”遗传学遗传学和生物化学教授的历史杰出教授“有很大的性二态性。”“我们在模型大脑中构建了一种性三态可卡因调制基因表达的地图，其可以作为研究界的资源。”

超强

单细胞技术是超强的，并通过标准基因表达谱研究提供令人印象深刻的优势。

“如果使用整个大脑，而基因表达存在异质性，比如一个细胞上升，另一个细胞下降，你就看不到任何信号。但是通过单细胞分析，我们能够捕捉到那些非常非常细微的细节，这些细节反映了不同细胞类型之间基因表达的异质性。在CHG这里应用这种先进技术是非常令人兴奋的。”

Mackay是世界领先的复杂性状遗传学的权威之一。她对行为遗传学的长期兴趣，发展水果作为理解复杂行为的遗传基础的模型。她的实验室开发了果蝇黑素转酯基因遗传参考板（DGRP），该参考板（DGRP）由1,000次近交飞行系列组成，具有源自自然人群的完全测序的基因组。DGRP允许研究人员使用天然存在的变化来检查有助于易受各种压力源的遗传变体。

研究结果发表在该杂志上基因组研究在标题为“果蝇大脑在单细胞分辨率下可卡因。“

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