神經元生長的本質和培養(yǎng)

佛羅里達馬克斯普朗克神經科學研究所的研究人員表明，位置與基因表達、連接和腦細胞的神經支配區(qū)域有關。

他們的研究發(fā)表在《神經科學》雜志上。

大腦由具有不同功能和細胞結構的不同區(qū)域組成。例如，眾所周知，海馬體參與記憶，在阿爾茨海默病等疾病中功能障礙，而新皮質參與感知、意識和語言等功能。海馬體只有一個彎曲的細胞層，而新皮層有六個堆疊的細胞層。在細胞水平上，雖然它們共享抑制性中間神經元(INs)和興奮性主要神經元(PNs)的規(guī)范類型，但在很大程度上，不同腦區(qū)的單一類型與基因表達、軸突形狀、連接性和發(fā)育起源有關。

為了解決這個問題，在MPFI弗羅里達州馬克斯普朗克神經科學研究所的研究團隊負責人，Hiroki谷口實驗室的研究人員使用了一種叫做吊燈細胞的獨特IN類。顧名思義，這些神經元具有獨特的吊燈形狀。最重要的是，當它們的軸突伸出并連接到相鄰的細胞時，它們幾乎總是在神經元的相同位置——軸突的初始部分——缺失。這些強抑制連接控制著數(shù)百個相鄰興奮性PN的輸出。這些刻板印象的特點以及吊燈狀細胞存在于海馬和新皮質的事實，使其成為研究單一典型神經元類型區(qū)域差異的理想模型。

為了可視化大腦中不同的細胞類型，研究人員通常需要獲得這種細胞的遺傳途徑——僅在吊燈細胞中表達感興趣基因的能力，但只能在鄰近的神經元中表達。幾年前，谷口開發(fā)了一種研究新皮層吊燈細胞的方法，但進入海馬體的吊燈細胞仍然難以捉摸。石野裕子博士，谷口實驗室的兩位博士后研究員。邁克爾耶特曼博士緊隨其后，煞費苦心地篩選分子，直到他們發(fā)現(xiàn)了一種分子——鈣粘蛋白6，這種分子在海馬枝形細胞中可靠地表達。幸運的是，已經有一種小鼠模型允許研究小組使用這種基因。表達用于比較兩個細胞群。

現(xiàn)在，他們有能力比較這兩個群體。他們發(fā)現(xiàn)，海馬體中的吊燈狀細胞可以使新皮層中的軸突擴張兩次，并且連接次數(shù)是對應的。此外，海馬枝形細胞在胚胎發(fā)育期間比新皮質細胞早出生幾天。最后，研究小組在海馬細胞中鑒定出一種鈣調蛋白基因，該基因在新皮質細胞中沒有表達——這表明這些細胞也可能表現(xiàn)出不同的功能特征。

科學家想知道是什么因素決定了這些細胞特征的區(qū)域差異。這些特征是由細胞生命開始時設定的基因預先決定的嗎？還是他們在更有影響力的環(huán)境中“成長”？

為了回答自然和養(yǎng)育的問題，研究人員將生長成海馬枝形細胞的細胞移植到新皮層，然后將生長成新皮層枝形細胞的細胞移植到海馬體。每個人最終都會有新鄰居的特征，這意味著他們成長的環(huán)境會強烈影響這些細胞的命運。

谷口解釋說，這些結果表明，不同腦區(qū)中標準神經元類型的精確修飾可能有助于其功能多樣化。未來的研究應闡明區(qū)域環(huán)境控制神經元表型變異的分子和細胞機制。

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