新研究揭示神經(jīng)多樣性的起源

皮層是一個(gè)復(fù)雜的大腦區(qū)域，它使我們能夠感知世界并與周圍的物體和生物相互作用。它可以執(zhí)行的任務(wù)的多樣性反映在組成它的神經(jīng)元的多樣性中。實(shí)際上，在胚胎發(fā)生過(guò)程中，幾十種具有不同功能的細(xì)胞類型聚集在一起，形成了無(wú)數(shù)的電路，形成了我們思想和行動(dòng)的基礎(chǔ)。這些神經(jīng)元是從祖干細(xì)胞中產(chǎn)生的，祖細(xì)胞干細(xì)胞一個(gè)接一個(gè)地分裂和產(chǎn)生這些不同的細(xì)胞類型。但是，這些祖細(xì)胞如何設(shè)法在正確的時(shí)間在正確的位置產(chǎn)生特定類型的神經(jīng)元？

通過(guò)確定工作中的遺傳情景，來(lái)自瑞士的日內(nèi)瓦大學(xué)（UNIGE），洛桑（UNIL）和比利時(shí)的列日（ULiège）的研究人員揭開了構(gòu)成大腦回路的細(xì)胞誕生的面紗。這些結(jié)果發(fā)表在最近一期的《Science》雜志上，該研究更深入地了解神經(jīng)發(fā)育障礙的起源。

在胚胎發(fā)生過(guò)程中，存在于大腦深處的祖細(xì)胞產(chǎn)生不同類型的神經(jīng)元;然后這些神經(jīng)元組裝形成控制運(yùn)動(dòng)或感知的電路。 “我們已經(jīng)研究了祖細(xì)胞的生物電特性，以確定控制細(xì)胞分化的微妙過(guò)程，”負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的UNIGE醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)系教授Denis Jabaudon解釋道。 “哪些基因控制著先天和后天計(jì)劃之間的微妙平衡？這就是我們想要理解的。”實(shí)際上，新生神經(jīng)元不僅從其“母體”細(xì)胞遺傳遺傳物質(zhì)，而且還在與環(huán)境相互作用的過(guò)程中開發(fā)自己的遺傳程序，在成熟過(guò)程中最終導(dǎo)致連接到功能回路。

UNIL醫(yī)學(xué)和生物學(xué)院教授Ludovic Telley和ULiège的GIGA干細(xì)胞博士生Gulistan Agirman與Denis Jabaudon及其團(tuán)隊(duì)一起系統(tǒng)地研究了連續(xù)幾代祖細(xì)胞及其子細(xì)胞表達(dá)的基因，非常高的時(shí)間分辨率。利用UNIGE開發(fā)的技術(shù)分離出在特定時(shí)間出生的皮質(zhì)細(xì)胞，研究人員能夠重建遺傳情景，通過(guò)這種情景，祖細(xì)胞會(huì)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生不同類型的神經(jīng)元。

“然后我們開發(fā)了數(shù)學(xué)算法來(lái)重建神經(jīng)元的生成，”Ludovic Telley說(shuō)。 “這使我們能夠觀察母祖細(xì)胞傳播的某些基因的重要作用。”事實(shí)上，如果最初的祖先對(duì)環(huán)境信號(hào)不是很敏感，那么它們隨著時(shí)間的推移會(huì)越來(lái)越多。然后，這些基因表達(dá)的時(shí)間模式由祖細(xì)胞傳遞給它們的后代。 “作為證據(jù)，通過(guò)人工修改祖細(xì)胞中的這些時(shí)間標(biāo)記，我們成功地改變了女兒神經(jīng)元的身份并加快了發(fā)育情景的速度，”Gulistan Agirman補(bǔ)充道。

這些基于小鼠模型的研究也適用于人類：通過(guò)研究人類生物學(xué)數(shù)據(jù)，研究小組能夠證明時(shí)間標(biāo)記及其遺傳傳遞機(jī)制在進(jìn)化過(guò)程中是保守的。這一重要發(fā)現(xiàn)突出了時(shí)間基因在大腦皮層回路生成中的重要性，并確定了其改變可能導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育疾病的遺傳程序。此外，該研究可以確定用于產(chǎn)生不同類型神經(jīng)元的“分子配方”。因此，有一天它可能有助于從患者自身的干細(xì)胞中定向生成確定類型的神經(jīng)元。