新研究揭示神經(jīng)多樣性的起源

皮層是一個復雜的大腦區(qū)域，它使我們能夠感知世界并與周圍的物體和生物相互作用。它可以執(zhí)行的任務的多樣性反映在組成它的神經(jīng)元的多樣性中。實際上，在胚胎發(fā)生過程中，幾十種具有不同功能的細胞類型聚集在一起，形成了無數(shù)的電路，形成了我們思想和行動的基礎(chǔ)。這些神經(jīng)元是從祖干細胞中產(chǎn)生的，祖細胞干細胞一個接一個地分裂和產(chǎn)生這些不同的細胞類型。但是，這些祖細胞如何設法在正確的時間在正確的位置產(chǎn)生特定類型的神經(jīng)元？

通過確定工作中的遺傳情景，來自瑞士的日內(nèi)瓦大學（UNIGE），洛桑（UNIL）和比利時的列日（ULiège）的研究人員揭開了構(gòu)成大腦回路的細胞誕生的面紗。這些結(jié)果發(fā)表在最近一期的《Science》雜志上，該研究更深入地了解神經(jīng)發(fā)育障礙的起源。

在胚胎發(fā)生過程中，存在于大腦深處的祖細胞產(chǎn)生不同類型的神經(jīng)元;然后這些神經(jīng)元組裝形成控制運動或感知的電路。 “我們已經(jīng)研究了祖細胞的生物電特性，以確定控制細胞分化的微妙過程，”負責這項工作的UNIGE醫(yī)學院基礎(chǔ)神經(jīng)科學系教授Denis Jabaudon解釋道。 “哪些基因控制著先天和后天計劃之間的微妙平衡？這就是我們想要理解的。”實際上，新生神經(jīng)元不僅從其“母體”細胞遺傳遺傳物質(zhì)，而且還在與環(huán)境相互作用的過程中開發(fā)自己的遺傳程序，在成熟過程中最終導致連接到功能回路。

UNIL醫(yī)學和生物學院教授Ludovic Telley和ULiège的GIGA干細胞博士生Gulistan Agirman與Denis Jabaudon及其團隊一起系統(tǒng)地研究了連續(xù)幾代祖細胞及其子細胞表達的基因，非常高的時間分辨率。利用UNIGE開發(fā)的技術(shù)分離出在特定時間出生的皮質(zhì)細胞，研究人員能夠重建遺傳情景，通過這種情景，祖細胞會隨著時間的推移產(chǎn)生不同類型的神經(jīng)元。

“然后我們開發(fā)了數(shù)學算法來重建神經(jīng)元的生成，”Ludovic Telley說。 “這使我們能夠觀察母祖細胞傳播的某些基因的重要作用。”事實上，如果最初的祖先對環(huán)境信號不是很敏感，那么它們隨著時間的推移會越來越多。然后，這些基因表達的時間模式由祖細胞傳遞給它們的后代。 “作為證據(jù)，通過人工修改祖細胞中的這些時間標記，我們成功地改變了女兒神經(jīng)元的身份并加快了發(fā)育情景的速度，”Gulistan Agirman補充道。

這些基于小鼠模型的研究也適用于人類：通過研究人類生物學數(shù)據(jù)，研究小組能夠證明時間標記及其遺傳傳遞機制在進化過程中是保守的。這一重要發(fā)現(xiàn)突出了時間基因在大腦皮層回路生成中的重要性，并確定了其改變可能導致神經(jīng)發(fā)育疾病的遺傳程序。此外，該研究可以確定用于產(chǎn)生不同類型神經(jīng)元的“分子配方”。因此，有一天它可能有助于從患者自身的干細胞中定向生成確定類型的神經(jīng)元。