科学家发现了枝形吊灯细胞的区域差异

大脑由不同的区域组成，这些区域的功能和细胞结构各不相同。例如，海马体是一个众所周知的区域，它与记忆有关，并与阿尔茨海默氏症等疾病的功能障碍有关，而新皮层则与感知、意识和语言等功能有关。海马体只有一个弯曲的细胞层，而新皮层有六个堆叠的层。在细胞水平上，尽管它们共享典型类型的抑制性中间神经元(INs)和兴奋性主要神经元(PNs)，但在多大程度上，不同大脑区域的单一类型在基因表达、轴突形状、连通性和发育起源方面表现出相似性仍然是未知的。

为了解决这个问题，马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所(MPFI)研究小组负责人Hiroki Taniguchi博士实验室的研究人员利用了一种独特的INs称为吊灯的细胞．顾名思义，这些神经元具有独特的枝形。最重要的是，当它们的轴突延伸并与相邻的连接时细胞在美国，它们几乎总是在神经元的同一位置——轴突起始段——而不是在其他地方。这些强大的抑制连接控制着数百个邻近的兴奋性PNs的输出。这些刻板的特征和事实，枝形细胞都存在于两个海马体和大脑皮层使它们成为研究单一典型神经元类型区域差异的理想模型。

为了可视化大脑中不同类型的细胞，研究人员通常需要获取该细胞的基因——例如，只在吊灯细胞中表达感兴趣的基因，而不是在邻近的神经元中表达。多年前，谷口发明了一种研究新皮层中的枝形细胞的方法，但对海马体中的枝形细胞的研究仍然难以实现。Taniguchi实验室的两位博士后研究员，Yugo Ishino博士和Michael Yetman博士，跟随他的脚步，苦心筛选分子，直到他们发现了一种在海马枝形吊灯细胞中可靠表达的钙粘蛋白6。幸运的是，一个小鼠模型已经存在，允许研究小组利用这种基因表达，并使用它来比较两种细胞群。

现在，有了比较这两个群体的能力，研究小组发现海马体中的枝形吊灯细胞比新皮层中的轴突树突大两倍，并形成了两倍的连接。此外，在胚胎发育期间，海马枝形吊灯细胞比新皮层细胞早出生几天。最后，研究小组在海马细胞中发现了一种在新皮层细胞中没有表达的calretinin基因，这表明这些细胞可能也表现出不同的功能特性。

科学家们想知道是什么因素决定了这些细胞特征的区域差异。这些特征是由细胞生命之初的基因所决定的吗?还是他们“成长”的环境对他们有更大的影响?

为了回答先天与后天的问题，研究人员将海马体中生长为枝形吊灯细胞的细胞移植到新皮层，并将生长为新皮层枝形吊灯细胞的细胞移植到海马体中。每个细胞最终都呈现出新邻居的特征，这意味着它们生长的环境强烈地影响了这些细胞的命运。

谷口解释说，这些结果表明，不同大脑区域中典型神经元类型的精细修饰可能有助于它们的功能多样化。未来的研究应阐明区域环境控制神经元类型表型变异的分子和细胞机制。

MPFI的Taniguchi实验室开发了一种新颖的海马枝形细胞基因通路，神经科学家可以开始询问这些细胞在学习和记忆回路中的功能。操纵这些海马枝形细胞内特定基因的能力可能会使对包括癫痫和精神分裂症在内的几种疾病进行更细致的研究成为可能，这些疾病都与这些神经元有关。