新研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生神經(jīng)元有幾種不同的途徑

來源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2024-04-11 11:21:00【大中小】

摘要：大腦皮層的發(fā)育很大程度上依賴于負(fù)責(zé)生成神經(jīng)元的干細(xì)胞

大腦皮層的發(fā)育很大程度上依賴于負(fù)責(zé)生成神經(jīng)元的干細(xì)胞，即放射狀膠質(zhì)細(xì)胞。到目前為止，人們認(rèn)為這些干細(xì)胞產(chǎn)生神經(jīng)元遵循一個(gè)簡單的過程，即單細(xì)胞譜系。

然而，由神經(jīng)科學(xué)研究所(IN)的研究員Víctor Borrell領(lǐng)導(dǎo)的神經(jīng)發(fā)生和皮層擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)室(西班牙國家研究委員會(huì)(CSIC)和Miguel Hernández大學(xué)(UMH)的聯(lián)合中心)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，放射狀膠質(zhì)細(xì)胞的類型不僅比以前認(rèn)為的要多得多，而且至少有三種不同的神經(jīng)發(fā)生過程同時(shí)發(fā)生在相同的大腦區(qū)域和發(fā)育的同一時(shí)刻。

這項(xiàng)工作的結(jié)果發(fā)表在《Science Advances》雜志上，揭示了通過平行譜系參與神經(jīng)發(fā)生的復(fù)雜性。Víctor Borrell解釋說:“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生神經(jīng)元有幾種不同的途徑，而且所有的途徑都同時(shí)起作用，盡管我們也看到，最終的結(jié)果總是一個(gè)在那個(gè)發(fā)育階段具有相似特征和功能的神經(jīng)元。”

圖1 發(fā)育中的哺乳動(dòng)物大腦皮層中的多個(gè)平行細(xì)胞系

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，平行譜系的存在與大腦皮層的折疊有關(guān)。這篇文章的第一作者Lucía del Valle Antón說:“在這個(gè)意義上，一個(gè)基本的方面是，形成神經(jīng)元的‘路線’在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)工作，但在大腦皮層的數(shù)量不同，在腦回和腦溝之間是不同的。”

為了理解這種聯(lián)系，研究人員研究了在雪貂大腦中毫無疑問會(huì)產(chǎn)生腦回和腦溝的區(qū)域的神經(jīng)元形成，同時(shí)，通過使用公共數(shù)據(jù)庫，他們也能夠分析人類和老鼠大腦中的神經(jīng)元形成。

研究人員Juan Antonio Moreno Bravo是小腦回路的發(fā)育、布線和功能實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，他也參與了這項(xiàng)研究。在研究的過程中，專家們觀察到，盡管這三種譜系在腦回和腦溝區(qū)都有功能，但不同的位置主導(dǎo)著不同的過程。

“一開始，皮質(zhì)是光滑的，但有一個(gè)區(qū)域會(huì)生長很多，隨著它的生長，它最終會(huì)形成一個(gè)腦回。與此同時(shí)，在它旁邊，其他區(qū)域會(huì)變少，并保持凹陷，形成一個(gè)溝，”Borrell說。“腦回和腦溝之間的第一個(gè)區(qū)別是它的生長速度，這與在那個(gè)地方會(huì)產(chǎn)生多少神經(jīng)元有關(guān)。例如，在腦溝中，我們發(fā)現(xiàn)在這三條‘路線’中，產(chǎn)生較少神經(jīng)元的那條占主導(dǎo)地位，而在腦回中，相反的情況會(huì)發(fā)生。”

了解這些具有高分裂能力的新型干細(xì)胞的存在，以及并行產(chǎn)生神經(jīng)元的各種機(jī)制，使我們能夠理解導(dǎo)致人類大腦皮層與其他物種相比擴(kuò)大的過程。

這項(xiàng)研究使科學(xué)家能夠以前所未有的細(xì)節(jié)探索腦回和腦溝中神經(jīng)元表達(dá)的基因。Borrell解釋說:“我們的目的是觀察在我們研究的所有細(xì)胞中，哪些細(xì)胞表達(dá)了在人類畸形中已知的突變基因。我們證實(shí)，并非所有這些細(xì)胞都表達(dá)導(dǎo)致這些大腦畸形的基因。我們觀察到它們主要由新生神經(jīng)元表達(dá)，而不是由祖神經(jīng)元表達(dá)。”

圖2 皮質(zhì)區(qū)域和發(fā)育階段GZs的細(xì)胞組成相似

沿著這些思路，研究人員強(qiáng)調(diào)，盡管在全球水平上具有相同的功能，但在腦回中出生的神經(jīng)元表達(dá)的基因?qū)θ祟惼泳哂心X回至關(guān)重要。這表明，當(dāng)患者由于大腦缺乏腦回而出現(xiàn)畸形時(shí)，缺陷特別發(fā)生在腦回的神經(jīng)元上，而不是在腦溝的神經(jīng)元上。

在這項(xiàng)研究中，研究人員與位于慕尼黑(德國)的ISF干細(xì)胞研究所(Helmholtz Zentrum)和馬克斯普朗克生物智能研究所的研究人員合作，研究人員將他們的結(jié)果基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)水平的單細(xì)胞測序，這種技術(shù)使我們能夠識(shí)別每個(gè)細(xì)胞中表達(dá)的所有基因。

科學(xué)家們利用信息學(xué)工具分析了數(shù)千個(gè)細(xì)胞，以確定這些細(xì)胞的遺傳軌跡及其各自的譜系。在對(duì)三個(gè)物種的譜系數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查和驗(yàn)證后，他們觀察到，在人類大腦中，這三個(gè)平行的譜系也出現(xiàn)了，類似于在雪貂中觀察到的情況。

然而，在小鼠的情況下，所進(jìn)行的分析只觀察到神經(jīng)元產(chǎn)生的單一主要途徑。未來的研究將有必要確定小鼠是由于進(jìn)化而失去了這些譜系，還是相反，這些“路線”仍然存在，但比例很小，用現(xiàn)有的工具無法檢測到。

參考資料

[1] Multiple parallel cell lineages in the developing mammalian cerebral cortex