神經(jīng)元生長的本質(zhì)和培養(yǎng)

佛羅里達(dá)馬克斯普朗克神經(jīng)科學(xué)研究所的研究人員表明，位置與基因表達(dá)、連接和腦細(xì)胞的神經(jīng)支配區(qū)域有關(guān)。

他們的研究發(fā)表在《神經(jīng)科學(xué)》雜志上。

大腦由具有不同功能和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域組成。例如，眾所周知，海馬體參與記憶，在阿爾茨海默病等疾病中功能障礙，而新皮質(zhì)參與感知、意識和語言等功能。海馬體只有一個(gè)彎曲的細(xì)胞層，而新皮層有六個(gè)堆疊的細(xì)胞層。在細(xì)胞水平上，雖然它們共享抑制性中間神經(jīng)元(INs)和興奮性主要神經(jīng)元(PNs)的規(guī)范類型，但在很大程度上，不同腦區(qū)的單一類型與基因表達(dá)、軸突形狀、連接性和發(fā)育起源有關(guān)。

為了解決這個(gè)問題，在MPFI弗羅里達(dá)州馬克斯普朗克神經(jīng)科學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，Hiroki谷口實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用了一種叫做吊燈細(xì)胞的獨(dú)特IN類。顧名思義，這些神經(jīng)元具有獨(dú)特的吊燈形狀。最重要的是，當(dāng)它們的軸突伸出并連接到相鄰的細(xì)胞時(shí)，它們幾乎總是在神經(jīng)元的相同位置——軸突的初始部分——缺失。這些強(qiáng)抑制連接控制著數(shù)百個(gè)相鄰興奮性PN的輸出。這些刻板印象的特點(diǎn)以及吊燈狀細(xì)胞存在于海馬和新皮質(zhì)的事實(shí)，使其成為研究單一典型神經(jīng)元類型區(qū)域差異的理想模型。

為了可視化大腦中不同的細(xì)胞類型，研究人員通常需要獲得這種細(xì)胞的遺傳途徑——僅在吊燈細(xì)胞中表達(dá)感興趣基因的能力，但只能在鄰近的神經(jīng)元中表達(dá)。幾年前，谷口開發(fā)了一種研究新皮層吊燈細(xì)胞的方法，但進(jìn)入海馬體的吊燈細(xì)胞仍然難以捉摸。石野裕子博士，谷口實(shí)驗(yàn)室的兩位博士后研究員。邁克爾耶特曼博士緊隨其后，煞費(fèi)苦心地篩選分子，直到他們發(fā)現(xiàn)了一種分子——鈣粘蛋白6，這種分子在海馬枝形細(xì)胞中可靠地表達(dá)。幸運(yùn)的是，已經(jīng)有一種小鼠模型允許研究小組使用這種基因。表達(dá)用于比較兩個(gè)細(xì)胞群。

現(xiàn)在，他們有能力比較這兩個(gè)群體。他們發(fā)現(xiàn)，海馬體中的吊燈狀細(xì)胞可以使新皮層中的軸突擴(kuò)張兩次，并且連接次數(shù)是對應(yīng)的。此外，海馬枝形細(xì)胞在胚胎發(fā)育期間比新皮質(zhì)細(xì)胞早出生幾天。最后，研究小組在海馬細(xì)胞中鑒定出一種鈣調(diào)蛋白基因，該基因在新皮質(zhì)細(xì)胞中沒有表達(dá)——這表明這些細(xì)胞也可能表現(xiàn)出不同的功能特征。

科學(xué)家想知道是什么因素決定了這些細(xì)胞特征的區(qū)域差異。這些特征是由細(xì)胞生命開始時(shí)設(shè)定的基因預(yù)先決定的嗎？還是他們在更有影響力的環(huán)境中“成長”？

為了回答自然和養(yǎng)育的問題，研究人員將生長成海馬枝形細(xì)胞的細(xì)胞移植到新皮層，然后將生長成新皮層枝形細(xì)胞的細(xì)胞移植到海馬體。每個(gè)人最終都會(huì)有新鄰居的特征，這意味著他們成長的環(huán)境會(huì)強(qiáng)烈影響這些細(xì)胞的命運(yùn)。

谷口解釋說，這些結(jié)果表明，不同腦區(qū)中標(biāo)準(zhǔn)神經(jīng)元類型的精確修飾可能有助于其功能多樣化。未來的研究應(yīng)闡明區(qū)域環(huán)境控制神經(jīng)元表型變異的分子和細(xì)胞機(jī)制。

標(biāo)簽：