新研究发现产生神经元有几种不同的途径

来源：作者：人气：-发表时间：2024-04-11 11:21:00【大中小】

摘要：大脑皮层的发育很大程度上依赖于负责生成神经元的干细胞

大脑皮层的发育很大程度上依赖于负责生成神经元的干细胞，即放射状胶质细胞。到目前为止，人们认为这些干细胞产生神经元遵循一个简单的过程，即单细胞谱系。

然而，由神经科学研究所(IN)的研究员Víctor Borrell领导的神经发生和皮层扩张实验室(西班牙国家研究委员会(CSIC)和Miguel Hernández大学(UMH)的联合中心)领导的一项研究发现，放射状胶质细胞的类型不仅比以前认为的要多得多，而且至少有三种不同的神经发生过程同时发生在相同的大脑区域和发育的同一时刻。

这项工作的结果发表在《Science Advances》杂志上，揭示了通过平行谱系参与神经发生的复杂性。Víctor Borrell解释说:“我们已经发现，产生神经元有几种不同的途径，而且所有的途径都同时起作用，尽管我们也看到，最终的结果总是一个在那个发育阶段具有相似特征和功能的神经元。”

图1 发育中的哺乳动物大脑皮层中的多个平行细胞系

此外，研究人员还发现，平行谱系的存在与大脑皮层的折叠有关。这篇文章的第一作者Lucía del Valle Antón说:“在这个意义上，一个基本的方面是，形成神经元的‘路线’在同一时间、同一地点工作，但在大脑皮层的数量不同，在脑回和脑沟之间是不同的。”

为了理解这种联系，研究人员研究了在雪貂大脑中毫无疑问会产生脑回和脑沟的区域的神经元形成，同时，通过使用公共数据库，他们也能够分析人类和老鼠大脑中的神经元形成。

研究人员Juan Antonio Moreno Bravo是小脑回路的发育、布线和功能实验室的负责人，他也参与了这项研究。在研究的过程中，专家们观察到，尽管这三种谱系在脑回和脑沟区都有功能，但不同的位置主导着不同的过程。

“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，它最终会形成一个脑回。与此同时，在它旁边，其他区域会变少，并保持凹陷，形成一个沟，”Borrell说。“脑回和脑沟之间的第一个区别是它的生长速度，这与在那个地方会产生多少神经元有关。例如，在脑沟中，我们发现在这三条‘路线’中，产生较少神经元的那条占主导地位，而在脑回中，相反的情况会发生。”

了解这些具有高分裂能力的新型干细胞的存在，以及并行产生神经元的各种机制，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中神经元表达的基因。Borrell解释说:“我们的目的是观察在我们研究的所有细胞中，哪些细胞表达了在人类畸形中已知的突变基因。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表达，而不是由祖神经元表达。”

图2 皮质区域和发育阶段GZs的细胞组成相似

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，但在脑回中出生的神经元表达的基因对人类皮层具有脑回至关重要。这表明，当患者由于大脑缺乏脑回而出现畸形时，缺陷特别发生在脑回的神经元上，而不是在脑沟的神经元上。

在这项研究中，研究人员与位于慕尼黑(德国)的ISF干细胞研究所(Helmholtz Zentrum)和马克斯普朗克生物智能研究所的研究人员合作，研究人员将他们的结果基于转录组学水平的单细胞测序，这种技术使我们能够识别每个细胞中表达的所有基因。

科学家们利用信息学工具分析了数千个细胞，以确定这些细胞的遗传轨迹及其各自的谱系。在对三个物种的谱系数据进行调查和验证后，他们观察到，在人类大脑中，这三个平行的谱系也出现了，类似于在雪貂中观察到的情况。

然而，在小鼠的情况下，所进行的分析只观察到神经元产生的单一主要途径。未来的研究将有必要确定小鼠是由于进化而失去了这些谱系，还是相反，这些“路线”仍然存在，但比例很小，用现有的工具无法检测到。

参考资料

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


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