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研究人员追踪枝形吊细胞在大脑皮层发育过程中

2019-05-08 19:33:05 健康食品183℃

  研究人员追踪枝形吊细胞在大脑皮层发育过程中的特定路径

  2012年11月23日

  他们展示了胚胎起源和时间如何影响细胞规格和网络整合

  人脑的大脑皮层被称为“进化的最高成就”。具有讽刺意味的是,它是如此复杂,即使我们最伟大的思想和最复杂的科学现在才开始了解它如何在早期发展中组织起来,以及它的许多细胞类型如何作为电路一起发挥作用。

  由冷泉港实验室(CSHL)的Z. Josh Huang博士领导的团队采取了向神经科学这一伟大目标迈出的重要一步。今天,他们首次发表研究,揭示了一类称为枝形吊细胞的关键类抑制性脑细胞的出生时间和胚胎起源,并追踪它们在早期发育过程中进入小鼠大脑大脑皮质的特定途径。

  这些时间和空间序列被黄视为大脑发育的基因编程方面,考虑到在包括人类在内的给定物种的每个成员中可能相同的大脑方面。这些陈规定型模式的例外包括由基因突变或蛋白质功能障碍引起的不规则现象,这两种现象正在发育障碍和神经精神疾病患者中被识别。

  枝形吊灯细胞仅在40年前首次被注意到,并且在这几年中,令人沮丧的是,他们“悬挂”的事实令人沮丧。在皮层中被称为锥体神经元的大量兴奋细胞中,它们相对较短的分支与这些兴奋细胞接触。实际上,单个枝形吊灯细胞连接或“突触”,或“突触”。有多达500个锥体神经元。注意到这一点,伟大的生物学家弗朗西斯·克里克几十年前推测枝形吊灯细胞发挥某种“否决”作用。通过附近更多的兴奋细胞交换信息。

  生于以前未被发现的国家

  经过三年艰苦的工作,包括使用新技术以前所未有的方式识别和追踪神经细胞祖细胞,并在迁移到成熟皮质中的位置时跟踪它们,Huang及其同事,包括Hiroki Taniguchi博士现在在马克斯普朗克佛罗里达研究所已经证明枝形吊细胞出生在胚胎大脑以前未被认识的部分,他们将其命名为VGZ(腹侧生发区)。

  

  黄,已经进行了长达十年的探索,开发了更多关于皮层抑制细胞(有时被称为“中间神经元”)的学习方法,并指出虽然它们远远少于它们周围的兴奋性锥体细胞,包括抑制或调节兴奋性细胞信息的枝形吊细胞的细胞在平衡信息流中起着不可或缺的作用,并最终决定兴奋性神经元的功能组织成为有意义的组。

  Huang解释说,这对枝形吊灯细胞更有吸引力,因为它们具有独特的解剖结构:一个可以调节附近500个其他信息的细胞是我们需要知道的,如果我们想了解大脑是怎样的电路工作。与其他抑制细胞不同,已知枝形吊细胞在一个特定解剖位置处与兴奋性细胞连接,具有重要意义:称为轴突起始区段(AIS)的位置 - “广播”区域。锥体细胞产生其可传递的信息。为了能够阻止500个“广播公司”在这一点上,单个枝形吊灯单元在其本地内的消息传播和协调中是非常重要的参与者。

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  由于这些细胞在整个皮层中具有战略重要性,因此神经科学家对它们(以及其他抑制细胞)难以分类感到沮丧。黄已经采取了一种策略,将他们从新生皮层的出生地跟随。

  许多抑制细胞来自一个叫做MGE(内侧神经节隆起)的大型孵化器区域;直到现在,还不知道大多数吊灯细胞不是在那里出生的,并且确实在MGE消失之后才出现。只有在这一点上才会形成更小的VGZ形式,从而提供神经前体细胞特异性产生枝形吊细胞的位置。

  研究小组了解到,由一种名为Nkx2.1的基因编码的蛋白质的制造是标志着枝形吊细胞诞生的信号之一。他们发现,基因的作用对于制造细胞也是必要的。 Nkx2.1是一种转录因子,其表达先前与其他抑制性神经元类型的出生有关。 Huang的团队观察到Nkx2.1在某些前体中的表达时间 - 在MGE消失和VGZ出现之后 - 使他们能够追踪枝形细胞的诞生。

  高度特异的迁徙路线和皮质目的地

  “除了惊讶地发现吊灯细胞在其他抑制细胞之后晚出生 - 在我们不知道的皮质的一部分中,”黄说,“我们的第二个惊喜是,一旦出生,这些细胞就会采取一种非常刻板的路径进入皮层并在三个皮质层中呈现非常特定的位置。” (第2,5和6层)。 “这使我们假定其他特定的皮质细胞类型在发育中也具有特定的迁移途径。”

  正如Huang指出的那样,他的团队关于枝形吊细胞的新发现对疾病研究具有重要意义,因为众所周知,枝形吊细胞的数量和结缔密度在精神分裂症中会减少。最近在癫痫中进行了相同类型的关联。

  “知道皮层中细胞类型的身份是有效的,以了解将其与其他细胞类型区分开的内在程序。从最广泛的角度来说,我们正在了解使我们成为人类的大脑发展的那些方面。 “培养”或经验在大脑发育中也起着非常重要的作用。我们的工作有助于澄清一直吸引着我们的自然/培育神秘的“自然”部分,“黄说。

  “小鼠皮质中枝形吊细胞的空间和时间起源”。 2012年11月22日在Science Express上发布在线版。科学出版计划于2012年12月14日出版。作者是:谷口广子,陆江腾和Z. Josh Huang。

  该研究得到了美国国立卫生研究院资助R01 MH094705的支持。其他支持来自日本科学技术厅,NARSAD /布莱恩和行为研究基金会;帕特森基金会;西蒙斯基金会; CSHL的Robertson神经科学基金会。

  资料来源:冷泉港实验室

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