神经科学 – 分裂大脑的蛋白质

2018年12月18日17:35:06 发表评论
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大脑不同区域之间的边界对于大脑的运作至关重要。迄今为止的研究表明,位于细胞膜上的分子机器如细胞粘附分子负责调节边界形成。具体而言,…

大脑不同区域之间的边界对于大脑的运作至关重要。迄今为止的研究表明,位于细胞膜上的分子机器如细胞粘附分子负责调节边界形成。具体而言,Slit和Netrin是可扩散的指导分子,其调节细胞的吸引和/或排斥。接收Slit或Netrin的细胞从其来源被排斥。然而,还已知一些细胞被吸引到Netrin的来源。金泽大学的Makoto Sato及其同事在iScience报告说,这些可扩散的分子对于飞行脑中的边界形成是必不可少的。

成年蝇大脑的视觉中心可以来自幼虫蝇大脑的两个部分,内部增殖中心(IPC)和外部增殖中心(OPC)。胶质细胞分离IPC神经元和OPC神经元。保持IPC和OPC分离可确保它们产生不同的大脑区域。

当被两个受体分子Fra和Unc5接收时,Netrin变得有效。为了研究Netrin的影响,研究人员使用基因编辑并在幼虫视觉中心对其进行灭活。发现这些果蝇具有穿透OPC的IPC神经元,其中OPC神经元和神经胶质细胞的分布被破坏。在Fra和Unc5灭活的果蝇中观察到相同的效果。类似地,Slit在与其受体Robo结合时变得活跃。Slit或Robo的失活导致类似的边界缺陷。

研究人员还发现,在IPC和OPC神经元中表达的Netrin被Fra和Unc5接收,在位于IPC和OPC之间的神经胶质细胞中表达。相反,在神经胶质细胞中表达的Slit被IPC和OPC中表达的Robo接收。

这些独特的发现很重要,因为指导分子不同于作用于细胞膜的分子。然而,很难想象这些引导分子如何控制边界形成。因此,佐藤和他的团队制定了Slit和Netrin功能的数学模型,并证明这些指导分子确实可以调节边界的形成。

模拟了Slit和Netrin与它们各自的伴侣在神经元和神经胶质细胞之间的交换。胶质细胞产生的裂缝总是排斥神经元。然而,鉴于Netrin具有吸引力和令人厌恶的特性,那么Netrin如何发挥作用呢?他们模型的关键思想是神经元产生的Netrin在其浓度较低时会吸引神经胶质细胞。但是当它的浓度很高时它会变成驱避剂。该模型显示神经元和神经胶质细胞之间的吸引和排斥之间的平衡调节了不同脑区域中的边界形成。因此,该报告建立了可扩散的指导分子与多细胞生物体中的边界形成机制之间的联系。

“由于这些信号传导途径在从昆虫到哺乳动物的进化上是保守的,因此它们在建立组织边界中的作用也可能在物种间保守,”该团队总结道。对这些新途径的阐明为预防高等物种(例如人)的大脑中的结构性和功能性畸形铺平了道路。抑制细胞混合也有助于防止有毒细胞(如癌细胞)侵入健康细胞。

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