灵魂的蝴蝶:新的研究揭示了中间神经元的发育起源
现代神经科学,其复杂性,可以跟踪其根源直接一系列某月草图呈现由诺贝尔奖得主圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔在19世纪末和20世纪初建造的。
他的观察和图纸之前暴露了隐藏的大脑的构成,揭示神经细胞体和微妙的预测个体神经元连接成复杂的网络。
他探索各种生物的神经系统在他的显微镜下,一个自然的问题出现了:是什么造就了一个人类的大脑不同于其他物种的大脑吗?
至少部分答案·拉蒙-卡哈尔猜测,躺在一个特定的类神经元的发现令人眼花缭乱的各种形状和模式的连接,和现在在人脑中的比例高于其他物种的大脑中。他把它们称为“蝴蝶的灵魂。”
被称为中间神经元,这些细胞扮演至关重要的角色在感觉和运动神经元之间传递信息,,当缺陷,与疾病,如精神分裂症、自闭症和智力残疾。尽管一个多世纪的研究,然而,目前尚不清楚为什么中间神经元如此多样,不同亚型执行特定功能。
现在,在一项研究发表在3月22日发行的自然,哈佛医学院的研究人员,纽约基因组中心,纽约大学和麻省理工和哈佛大学首次详细的中间神经元出现和分散在大脑中。
使用单细胞分析技术,允许科学家追踪细胞行为——团队一个细胞追踪中间神经元的血统他们最早的前身国家成熟的形式在老鼠身上。研究人员发现关键遗传程序确定的命运发展中间神经元,以及当这些程序的开启或关闭。
研究结果作为指导努力揭示函数和中间神经元可能帮助疾病的新治疗策略涉及他们的障碍,作者说。
“我们知道100多年前,这巨大的形态多样性有趣的细胞存在于大脑,但是他们的特定的个人角色在大脑功能在很大程度上仍然是不确定的,”说,文章的第二作者戈登•Fishell HMS的神经生物学和教员教授斯坦利精神病学研究中心广泛。
“我们的研究提供了一个路线图对于理解如何以及何时不同亚型中间神经元的发展,给了我们前所未有的洞察这些细胞的生物学,”他说。“我们现在可以调查中间神经原属性时出现,解锁这些重要的细胞功能,甚至当他们无法正确发展干预神经精神疾病。”
对命运的起源
与文章的第二作者拉胡尔Satija合作,核心纽约基因组中心的教员,Fishell和他的同事们分析了老鼠的大脑区域在发展中已知包含产生中间神经元前体细胞。
使用Drop-seq单细胞测序技术由研究人员HMS和广泛,团队在成千上万的单个细胞异形基因表达多个时间点。这种方法克服了以往研究的一个主要限制,它只能分析混合物的平均活动许多不同的细胞。
在最近的研究中,研究小组发现,前体的中间神经元都出现了类似的基因表达模式尽管源自三个独立的大脑区域,导致14或多个亚型更中间神经元数量仍在辩论人员更多地了解这些细胞。
“成熟的中间神经元表现出令人难以置信的多样性。其形态和模式的连接和活动是如此不同,但是我们的结果表明,在成熟的第一步非常相似,“Satija说,他也是一个纽约大学的生物学教授助理。
“他们共享一个共同的发展轨迹在早期阶段,但是的种子会让他们分道扬镳之后,一些基因是目前从一开始,“Satija说。
异形细胞在发展后期,四小组观察最初出现的“红衣主教”类,中间神经元产生截然不同的命运。细胞被致力于这些命运甚至早期胚胎。通过开发一种新颖的计算策略链接前体与成人亚型,研究人员发现,个体基因的开启和关闭当细胞开始多元化。
例如,他们发现的基因Mef2c-mutations与阿尔茨海默氏症、精神分裂症和神经发育障碍的人类早期胚胎标记为一个特定亚型中间神经元称为Pvalb神经元。当他们删除Mef2c在动物模型中,Pvalb神经元未能开发。
这些早期的基因可能安排后续基因子例程的执行,如那些指导中间神经原亚型他们迁移到不同的位置大脑和那些帮助形成独特的连接模式与其他神经细胞类型,作者说。
这些基因的识别及其时间活动现在为研究者提供研究的具体目标的精确函数中间神经元,神经元以及如何多样化,根据作者。
”这个项目的一个目标是为了解决一个非常迷人的发育生物学问题,就是个人祖细胞不同神经元命运决定,“Satija说。“除了这些分歧中间神经元的早期标志,我们发现了许多额外的基因表达的增加,许多戏剧性的,以后点。”
这些基因与神经精神疾病协会承诺提供一个更好的理解这些疾病和治疗的发展策略来对待他们,一个特别重要的概念的缺乏新的神经治疗,作者说。
在过去的50年里,没有从根本上新类的神经药物,只有新版本的旧药物,研究人员指出。
“我们的曲目并不比它是在1970年代,“Fishell说。
“神经精神疾病可能反映特定细胞类型的障碍。我们的研究提出了明确的细胞来看看当我们努力阐明这些障碍,背后的机制”Fishell说。“我们会发现还有待观察,但我们有新的,强大的假设,我们现在可以测试。”
作为研究社区的资源,研究数据和软件都是开源和免费在线访问。
图纸的一个画廊圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔目前在纽约展出,并将开放2018年5月在波士顿的麻省理工学院博物馆。
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