研究发现干细胞的多种谱系有助于神经元的产生

导读 大脑皮层的发育很大程度上取决于负责生成神经元的干细胞,称为放射状胶质细胞。到目前为止,人们认为这些干细胞通过一个简单的过程(即单细...

大脑皮层的发育很大程度上取决于负责生成神经元的干细胞,称为放射状胶质细胞。到目前为止,人们认为这些干细胞通过一个简单的过程(即单细胞谱系)产生神经元。然而,由西班牙国家研究委员会 (CSIC) 和埃尔切米格尔·埃尔南德斯大学 (UMH) 联合中心神经科学研究所 (IN)的研究员Víctor Borrell领导的神经发生和皮质扩张实验室领导的一项研究,不仅发现放射状胶质细胞的类型比之前想象的要多得多,而且还发现至少有三种不同的神经发生过程在同一大脑区域和同一发育时刻并行发生。

这项工作的结果发表在《科学进展》杂志上,通过平行谱系的参与揭示了神经发生的复杂性。 “我们发现有几种替代途径来生成神经元,并且所有途径同时起作用,尽管我们也看到最终结果始终是在该发育阶段具有相似特征和功能的神经元”,解释道博雷尔。

此外,研究人员发现证据表明平行谱系的存在与大脑皮层的折叠有关。该文章的第一作者说:“从这个意义上讲,一个基本方面是形成神经元的‘路线’在同一时间和同一地点起作用,但在整个皮层中的数量不同,回和沟之间是不同的” ,露西娅·德尔·瓦莱·安东。为了理解这种联系,研究人员研究了雪貂大脑中无疑会产生回和沟的区域中神经元的形成,同时,通过使用公共数据库,他们还能够在人类和小鼠大脑中对其进行分析。

小脑回路发展、布线和功能实验室负责人胡安·安东尼奥·莫雷诺·布拉沃 (Juan Antonio Moreno Bravo)也参与了这项研究的开展过程,专家们观察到,尽管这三个谱系在脑回和沟区均发挥作用,不同的过程占主导地位,具体取决于位置。 “一开始,皮质是光滑的,但有一个区域会生长很多,随着它的生长,最终会形成脑回。与此同时,在它旁边的其他区域将生长较少,并保持凹陷,形成脑沟”,博雷尔说,他解释说,“脑回和脑沟之间的第一个区别是它生长的程度,这与脑回的生长量有关。神经元将在那个地方诞生。例如,在脑沟中,我们发现在这三种“路线”中,产生较少神经元的路线占主导地位,而在脑回中,则会发生相反的情况”。

了解这些具有高分裂能力的新型干细胞的存在,以及并行生成神经元的各种机制,使我们能够理解导致人类大脑皮层与其他物种相比扩大的过程。

这项研究使科学家能够以前所未有的细节探索脑回和脑沟神经元表达的基因。 Víctor Borrell 解释说:“我们的目的是观察我们研究的所有细胞中哪些表达已知在人类畸形中发生突变的基因。我们证实并非所有这些细胞都表达导致这些大脑畸形的基因。我们观察到它们主要由新生神经元而不是祖细胞表达”。

沿着这些思路,研究人员强调,尽管在全球水平上具有相同的功能,但出生在脑回中的神经元表达的基因对于人类皮层拥有脑回至关重要。这表明,当患者因大脑缺乏脑回而出现畸形时,缺陷专门发生在脑回的神经元中,而不是脑沟的神经元中。

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