Activity Signaling 神经元检测工具-NPAS4 抗体

NPAS4 背景简介：

神经元活性参与信号通路，产生基因表达的改变，导致神经元的长期适应性变化，这种变化是行为可塑性的基础。自从30多年前发现去极化作用可以驱动C-Fos基因的转录以来，关于兴奋-转录偶联机制有大量研究。突触传递过程中通过NMDA受体进入的Ca²⁺离子和随后去极化的L型电压依赖性钙通道充当第二信使，参与各种信号转导途径，激活转录因子以驱动早期基因的转录。

Fos、arc和egr1（zif268）等传统IEG已被用作环境刺激驱动的神经元活动的替代标记，通过原位杂交、免疫染色或转基因动物等技术鉴定最近活跃的神经元。这些神经元的功能重要性在最近的研究中得到了证明，这些研究利用fos的活性依赖性，在恐惧条件反射期间激活的神经元群中表达基因编码的光遗传工具或设计药物受体。随后对这些神经元群的人工激活足以模拟恐惧反应 。

  虽然传统的IEG在识别活动依赖性回路方面发挥了重要作用，但这些基因的表达可能并不适应神经元活动。传统的IEG转录是对突触活动和Ca2+进入的反应，也是对生长因子信号、神经营养因子和神经调节剂通过cAMP信号的反应。

Figure 1: Npas4 is a pure marker of neuronal activity.

相比之下，Michael Greenberg的实验室表明，神经元特异性IEG npas4是由神经元活动强烈而迅速诱导的，但对旁分泌因子没有反应。这种对神经元活动的紧密调节表明，Npas4可以成为神经元活动的更特异的标志物。

为了寻找更多对npas4等活性进行纯调节的基因，我们对原代培养的小鼠皮质神经元进行了RNA-Seq实验，并比较了突触活性或cAMP驱动的表达。

Figure 2: Genome-wide demonstration of npas4’s unique tuning to activity.

传统的IEGs被突触活性和cAMP上调。正如预期的那样，npas4被突触活性上调。事实上，在检测到的所有约15000个转录本中，npas4基因是诱导活性最高的，但正如Greenberg实验室所预测的那样，cAMP不会上调npas4。重要的是，没有发现任何其他对神经元活动表现出类似调节的基因。

为了研究体内npas4的诱导，我们进行了情境恐惧条件反射（cFC）实验，并用qPCR和RNA-Seq测量了海马和脾后皮质（RSC）中的基因表达，这两个脑区已知与学习和记忆有关。在这些实验中，动物没有习惯于恐惧条件反射箱，相对于小鼠居住笼的反应代表了对编码模块，而不是恐惧记忆本身。训练后对fos、arc和npas4诱导的时间过程的检查表明，两个脑区的npas4 mRNA水平在1小时内恢复到基线水平，而fos和arc表达在较长时间内保持升高。

这与Yingxi Lin实验室的数据一致，该数据显示，在cFC训练后，这三个基因的结果相似。此外，他们发现神经元中的急性npas4敲除阻止了fos、arc和zif268/egr1的诱导，这表明npas4是活性依赖性基因诱导的主要调节因子。

为了证明脾后皮质中的IEG诱导是由cFC期间NMDA受体的激活诱导的，我们进行了实验，将小鼠暴露于NMDAR拮抗剂MK-801或赋形剂对照溶液中。重要的是，尽管进行了大量的预处理，但传统的IEG如arc、fos和egr1在注射后仍增加了表达，这可能是由于经验导致的。

有趣的是，载体注射后npas4没有增加。所有IEG，包括对cFC的反应，都增加了它们的表达。用MK-801阻断NMDAR可以部分阻止传统IEG表达的增加，而npas4的增加取决于NMDAR的激活。综上所述，这些数据表明npas4对载体注射激活的途径没有反应。相反，npas4对cFC有选择性反应，并提供更高保真的突触活动读数。

上述数据充分表明，传统IEG对神经元活动本身以外的信号有反应。另一个类似的发现来自对昼夜节律周期中IEG调节的研究。有趣的是，发现海马体中传统IEGs fos和arc的表达水平具有昼夜节律，在光暗周期内一致波动，而npas4转录水平保持相对恒定。

这些数据进一步支持了除对环境线索的急性神经元活动反应之外的因素控制传统IEG表达水平的观点。最后，鉴于npas4相对于fos和其他传统IEG的调节，以及c-fos非常普遍用于标记被认为是“记忆痕迹"或“印迹"的活动依赖性神经元集合的事实，我们想确定npas4和fos是否标记了相同的神经元群。为此，我们进行了RNAScope原位杂交实验，观察cFC后的两个转录本。在海马体的齿状回区域，发现了一个明显重叠的最近激活的神经元群。

然而，在CA1区，我们看到不同神经元群体的迹象可能用两种不同的基因标记。这些数据是初步的，不能用于得出明确的结论，但它们确实明确提出了仅依靠c-Fos来识别最近激活的神经元系综的问题，尤其是最近将c-Fos表达等同于“印迹细胞"的趋势。

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神经元PAS结构域蛋白4（Npas4），也称为Le PAS、NXF、PASD10、bHLHe79，是PER ARNT SIM（bHLH PAS）类转录调节因子中的一员。Npas4由神经元特异性即刻早期基因（IEG）Npas4编码，该基因受到神经元活动的强烈诱导。与cfos等传统IEG不同，npas4对cAMP或神经营养因子等旁分泌因子的刺激没有反应（Lin等人，2008）。此外，Npas4表达比其他IEG更快速、更短暂（Ramamoorthi等人，2011）。这种对神经元活动的紧密调节使Npas4成为大脑中神经元活动的理想标志物。

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