一个不太可能的细胞“天线”是如何损害大脑发育的
细胞上的天线状结构，曾经被认为是无用的遗迹，似乎对哺乳动物的正常大脑发育很重要，当受损时，会导致大脑线路的缺陷，类似于自闭症、精神分裂症和其他神经精神疾病。在实验室实验中，北卡罗来纳大学医学院的科学家们通过恢复这些被称为初级纤毛的天线状结构的信号来防止这些线路缺陷。
这项研究今天发表在细胞发育。
“初级纤毛研究的资深作者伊娃·s·安东博士说，她是细胞生物学和生理学教授，也是北卡罗来纳大学神经科学中心的成员。
这一发现有助于解释为什么患有纤毛相关基因突变的人最终往往会表现出与纤毛相关的行为自闭症谱系障碍(ASD)。此外，这项研究揭示了与自闭症、精神分裂症和其他大脑疾病相关的一些电路变化可能出现的细胞途径。
初生纤毛是一种细长的突起，几乎存在于所有的动物细胞上。它类似于排列在内耳和肺部的可移动的、经常摆动的毛发状结构(运动纤毛)，但与这些纤毛不同的是，初级纤毛没有节奏地移动。直到20世纪90年代，生物学家认为初级纤毛是一种没有实际功能的退化结构。从那时起，他们开始意识到它具有多种重要功能，影响包括大脑在内的多个器官的发育。纤毛相关基因的突变会导致衰弱性纤毛病综合征，通常伴有神经精神病学后果，如ASD和精神分裂症。
在他们的研究中，Anton和他的同事，包括第一作者，北卡罗来纳大学博士后研究助理Jiami Guo博士，使用Arl13b基因的遗传缺失模型，研究了初级纤毛在抑制性中间神经元后期发育中的作用。中间神经元调节其他神经元的活动，以帮助大脑回路有效工作，并保持适当的兴奋性/抑制性活动平衡。在自闭症、精神分裂症、双相情感障碍和其他影响认知和行为的疾病中，已经观察到中间神经元信号的缺陷。人类中的ARL13B突变会导致朱伯特综合征和相关疾病，这些患者患有ASD和智力障碍。
北卡罗来纳大学的研究人员发现，从新生小鼠中间神经元中删除Arl13b会导致它们与其他兴奋性神经元形成正确数量和模式连接的能力出现缺陷。他们还注意到，人类患者的ARL13B突变也会导致类似的缺陷。进一步的实验证实，有缺陷的中间神经元对它们连接的大脑回路的影响异常降低，导致这些回路失衡，在自闭症和精神分裂症的遗传模型中也可以看到这种情况。科学家们观察到初级纤毛在这些有缺陷的中间神经元中，大部分都缺少一种通常密集分布在中间神经元上的细胞受体(生长抑素受体3)。
研究人员随后发现，通过人为地迫使这些受体在arl13b缺失的中间神经元的初级纤毛中重新表达，他们可以防止中间神经元异常发育。当他们使用一种名为DREADDs的设计受体(由北卡罗来纳大学布莱恩·罗斯医学博士开发)来化学激活arl13b耗尽中间神经元中的初级纤毛信号时，他们注意到同样的拯救效果。这意味着信号的流入-从其局部环境和通过初级纤毛上的受体-是中间神经元健康发育所必需的。研究结果表明，在生命早期恢复这种信号可能具有治疗作用，至少对朱伯特综合症和其他相关纤毛病患者是这样。
安东说:“即使突变在胚胎发育期间影响了这些患者，也有可能在出生后通过操纵一些下游途径来解决问题。”
他补充说，原则上，这种方法可能有一天会对我们如何思考纠正电路畸形产生更广泛的影响，因为许多常见的神经精神疾病都与神经元间连接中断有关。
Anton和他的同事们现在计划检查Joubert综合征患者来源的神经元，看看这些神经元是否表现出Anton的团队在小鼠遗传模型和涉及特定人类突变的实验中观察到的同样的电路缺陷。
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