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J Neurosci:研究揭示大脑结构发育过程

更新时间:2019-08-28 13:19

  在最近发表在《The Journal of Neuroscience》上的一项研究中,研究人员揭示了大脑的基本结构形成的过程。

  人类的大脑由神经元组成。大脑皮层是大脑大部分功能的所在地,也是大脑的最大组成部分,它被分成无数的微柱。然而,神经科学家们并不清楚这种柱状结构的确切发展过程。由Makoto Sato领导的一个研究小组最近报告了他们的研究,该研究描述了一种特定蛋白质在这些柱状物生长中的作用。

图片来源:Kanazawa University

  该研究小组由金泽大学、龙谷大学、东京理工学院和伦敦帝国理工学院的研究人员组成,他们利用果蝇大脑进行了实验。果蝇大脑的视觉中心与人类大脑的柱状排列有着高度的结构相似性,使其成为一个适合研究的简单模型。为了可视化这些微柱,研究人员绘制了N-钙黏蛋白 (Ncad,一种神经系统特有的蛋白质)的空间位置分布图。Ncad的空间位置表明,在蝇幼虫期,视觉中心是一个类似甜甜圈的结构。当苍蝇成熟到蛹阶段时,这些结构开始堆叠在一起,实际上变成了一个三维的圆柱。研究小组随后仔细分析了这些圆柱,发现其中有三种神经元类型,即R7、R8和Mi1。R7集中于柱的中心核心,R8和Mi1排列在外围。搞清楚这些微柱的现在结构组成后,研究人员开始探索微柱的形成过程。有人认为在微柱中大量出现的Ncad在这个过程中发挥了作用。当研究人员对三种神经元的Ncad进行测量时,他们发现R7神经元中Ncad的含量高于外围神经元。由于Ncad具有细胞粘附特性,因此研究小组得出结论,决定柱内每个神经元类型位置的是Ncad水平。强附着型的神经元如R7组成了柱核。

  最后,为了观察Ncad是否直接影响柱状排列,研究人员将神经元中的Ncad完全去除或大幅增加。结果正如所料,Ncad的操作扰乱了神经元的柱状结构和位置。例如,没有任何Ncad的R7神经元不再位于核心内。然而,当Ncad在其中大量增加时,R8和Mi1神经元向核方向延伸,这可能是由于Ncad具有较强的粘附性。

  本研究揭示了黏附蛋白在排列神经元形成脑柱状结构中的作用。研究人员总结说:"依赖Ncad的差异黏附和层间相互作用可能是柱形成的三维结构的基本机制,这种结构从果蝇的视觉叶进化到哺乳动物的大脑中是保守的。"这一发现可以帮助神经科学家监测大脑的健康发育,并发现参与这一过程的其他分子。

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