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Science:新研究揭示神经多样性的起源

  2019年5月10日 ,-皮层是一个复杂的大脑区域,它使我们能够感知世界并与周围的物体和生物相互作用。它可以执行的任务的多样性反映在组成它的神经元的多样性中。实际上,在胚胎发生过程中,几十种具有不同功能的细胞类型聚集在一起,形成了无数的电路,形成了我们思想和行动的基础。这些神经元是从祖干细胞中产生的,祖细胞干细胞一个接一个地分裂和产生这些不同的细胞类型。但是,这些祖细胞如何设法在正确的时间在正确的位置产生特定类型的神经元?

  通过确定工作中的遗传情景,来自瑞士的日内瓦大学(UNIGE),洛桑(UNIL)和比利时的列日(ULiège)的研究人员揭开了构成大脑回路的细胞诞生的面纱。这些结果发表在最近一期的《Science》杂志上,该研究更深入地了解神经发育障碍的起源。

  在胚胎发生过程中,存在于大脑深处的祖细胞产生不同类型的神经元;然后这些神经元组装形成控制运动或感知的电路。 “我们已经研究了祖细胞的生物电特性,以确定控制细胞分化的微妙过程,”负责这项工作的UNIGE医学院基础神经科学系教授Denis Jabaudon解释道。 “哪些基因控制着先天和后天计划之间的微妙平衡?这就是我们想要理解的。”实际上,新生神经元不仅从其“母体”细胞遗传遗传物质,而且还在与环境相互作用的过程中开发自己的遗传程序,在成熟过程中最终导致连接到功能回路。

  UNIL医学和生物学院教授Ludovic Telley和ULiège的GIGA干细胞博士生Gulistan Agirman与Denis Jabaudon及其团队一起系统地研究了连续几代祖细胞及其子细胞表达的基因,非常高的时间分辨率。利用UNIGE开发的技术分离出在特定时间出生的皮质细胞,研究人员能够重建遗传情景,通过这种情景,祖细胞会随着时间的推移产生不同类型的神经元。

 “然后我们开发了数学算法来重建神经元的生成,”Ludovic Telley说。 “这使我们能够观察母祖细胞传播的某些基因的重要作用。”事实上,如果最初的祖先对环境信号不是很敏感,那么它们随着时间的推移会越来越多。然后,这些基因表达的时间模式由祖细胞传递给它们的后代。 “作为证据,通过人工修改祖细胞中的这些时间标记,我们成功地改变了女儿神经元的身份并加快了发育情景的速度,”Gulistan Agirman补充道。

  这些基于小鼠模型的研究也适用于人类:通过研究人类生物学数据,研究小组能够证明时间标记及其遗传传递机制在进化过程中是保守的。这一重要发现突出了时间基因在大脑皮层回路生成中的重要性,并确定了其改变可能导致神经发育疾病的遗传程序。此外,该研究可以确定用于产生不同类型神经元的“分子配方”。因此,有一天它可能有助于从患者自身的干细胞中定向生成确定类型的神经元。

 
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