隨著受精卵的分裂，最初未分化的細胞承擔特定的功能，隨著不同組織和器官的出現(xiàn)而變得更加明顯。了解數(shù)百種不同的細胞類型是如何產(chǎn)生的已被證明是困難的，主要是因為科學家們?nèi)狈﹄S著時間的推移捕捉細胞決策的技術(shù)。
最近的進展使研究人員能夠測量單個細胞基因活動的變化，因此幾個小組開始詳細研究特定大腦區(qū)域中特化細胞類型是如何形成的。然而，到目前為止，還沒有人追蹤整個發(fā)育中大腦的基因表達模式。
現(xiàn)在，EPFL 研究人員和他們在瑞典卡羅林斯卡研究所的合作者第一次繪制了胚胎細胞在成熟大腦中遵循的遺傳和發(fā)育軌跡圖。研究主要作者、EPFL 神經(jīng)發(fā)育系統(tǒng)生物學實驗室負責人 Gioele La Manno 表示，該分子圖譜不僅可以幫助更好地了解健康和患病的大腦，還可以改進神經(jīng)退行性疾病的細胞替代療法等治療方法。研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。
為了隨著時間的推移監(jiān)測單個細胞的決策，La Manno 和他的同事每天分析小鼠胚胎從受精后第 7 天到出生的大腦樣本。結(jié)合強大的測序技術(shù)和數(shù)學方法，研究人員從所有大腦區(qū)域獲得了大約 290,000 個單個細胞的基因表達譜，以及近 800 個細胞“狀態(tài)”，其中包括不同細胞的發(fā)育程序，包括神經(jīng)元和神經(jīng)元支持細胞。
隨著神經(jīng)元祖細胞的成熟，它們停止增殖并分化成許多不同的神經(jīng)元。研究人員追蹤了這種多樣性的出現(xiàn)，并描述了不同大腦區(qū)域的原始神經(jīng)細胞(稱為神經(jīng)母細胞)出現(xiàn)的時間。在小鼠中，第一批神經(jīng)母細胞出現(xiàn)得早，在胚胎發(fā)育的第 9 天之前——這大致對應于人類妊娠第一個三個月的開始。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些先驅(qū)神經(jīng)元參與感覺和運動功能。“首先要做的事情之一是設置運動和感覺功能，因為如果你不及早設置這些功能，以后建造通往外圍的‘高速公路’將變得更加困難，”拉曼諾說。
研究人員還發(fā)現(xiàn)了特定類型的神經(jīng)元祖細胞，稱為組織者放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細胞，其作用是通過產(chǎn)生分子信使來指導鄰近細胞的發(fā)育，幫助確定大腦中各種特化細胞類型的位置。“如果大腦是一個管弦樂隊，組織者放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細胞將是指揮者，”拉曼諾說。研究小組發(fā)現(xiàn)，這些放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的分子信使種類比科學家們想象的要多。
該分析還使研究人員能夠識別不同大小的細胞群，某些細胞群的細胞數(shù)量是其他細胞群的 100 倍。最大的群體之一似乎是前腦中的興奮性神經(jīng)元，該區(qū)域包括大多數(shù)參與高階認知的區(qū)域。確定的最小種群之一是一種稱為室管膜細胞的神經(jīng)元支持細胞，它產(chǎn)生圍繞大腦和脊髓的液體。
拉曼諾希望這個大腦圖譜中包含的豐富信息可以幫助識別與神經(jīng)發(fā)育狀況相關(guān)的基因，并確定腦癌中惡性細胞的起源。他說，該圖譜還可以作為評估實驗室培養(yǎng)皿中干細胞產(chǎn)生的腦組織的參考。為了幫助其他人研究具有醫(yī)學意義的細胞和組織，研究人員將該圖譜作為可瀏覽的網(wǎng)絡資源公開提供。
標簽： 腦細胞
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