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Nature發現驚人神秘細胞

日期:2015-10-15 09:50:45

 雄性線蟲大腦中的一對神經元使得它們能夠記住并尋求性,甚至是以犧牲食物為代價。這些雄性特異性神經元是性別學習差異的必要條件,表明從遺傳上來看認知能力的一些性別差異是天生的。

 

由于當前對于大腦相異導致兩性間不同偏好、才能和判斷力的機制知之甚少,這非常的重要。由倫敦大學學院和艾伯特愛因斯坦醫學院領導的這項研究發表在《自然》(Nature)雜志上,證實了雄性與雌性線蟲截然不同的行為,與大腦發育和參與高階認知加工腦區域結構的差異直接相關。

 

資深作者、倫敦大學學院細胞與發育生物學系Arantza Barrios博士說:“在許多動物包括人類中與學習相關的一些大腦區域顯示出性別差異,但對于這些差異如何直接影響行為卻并不清楚。”

 

“我們闡明了在性成熟過程中兩性之間遺傳和發育差異導致雄性線蟲大腦結構發生改變的機制。這些改變使得雄性大腦以不同的方式運作,使得雄性能夠記住過去的性接觸,以及在未來優先考慮的性別。”

 

該研究小組驚訝地發現,從前未知的一些細胞負責了這種行為改變。線蟲是一種得到充分研究的模式生物。他們證實生成雄性線蟲腦神經元的細胞與生成人類腦神經元的細胞共享了一些特征。它們是神經元的伙伴及支持細胞——神經膠質細胞。

 

共同資深作者、倫敦大學學院細胞與發育生物學系Richard Poole博士說:“這是第一個精確描述的例子證實在脊椎動物范圍外存在生成神經元的神經膠質細胞,尤其令人興奮地是我們發現探討的神經膠質細胞是完全分化的細胞,這是一個在高等生物學中很難解決的問題。”

 

“我們現在可以利用這一系統來了解完全分化的神經膠質細胞是如何能夠重新進入細胞周期并生成神經元的。在未來這可能具有重要的治療意義。”

 

新鑒別的這對神經元被稱作為“雄性神秘細胞”(MCMS),它們通過改變兩性共同的一個腦回路造成了兩性間的行為差異。只有具有雄性染色體的神經膠質細胞才會生成MCM神經元。

 

Barrios說:“我們的結果表明,學習和認知差異不僅取決于動物的性別,還取決于單個神經祖細胞的性別。這意味著動物行為的不同方面在某些情況下或許可獨立于彼此形成,而非通過激素的共同協調作用。當然并非所有的行為差異都是遺傳天生的,環境也起著重要作用。”

 

研究中采用的線蟲物種:秀麗隱桿線蟲有兩種性別——雄性和雌雄同體。這些雌雄同體線蟲實際上是改造的雌性,它們攜帶著自身的精子,不需要性來實現生殖。研究人員采用熒光標記物鑒別出了這些MCMs,利用激光微束來手術切除它們探討了它們的功能。

 

研究人員利用經典條件放射行為分析來測試了這些細胞對線蟲行為的影響。在實驗中他們讓線蟲學會將厭惡或愉快的體驗(例如激活或交配)與另一種刺激(鹽)聯系起來,改變了它們對這種刺激的行為反應。之前在有鹽的情況下挨餓的線蟲,當被置于具有不同鹽濃度的新環境中時學會了遠離高鹽濃度的區域。這表明線蟲學會了將鹽視作是食物缺乏的一種標志。

 

雄性和雌雄同體都完成了這類學習。相比之下,當雄性線蟲在有鹽及配偶的情況下挨餓時,再將它們置于不同鹽濃度的新環境中時,雄性會尋找高鹽濃度的區域。這表明鹽與性的關聯強于并優先于鹽與食物缺乏之間的關聯。這種行為改變不會發生在雌雄同體中。重要的是,其也不會發生在MCM神經元被手術切除的雄性線蟲中——證實了這些神經元是性別學習差異的必要條件。

 

艾伯特愛因斯坦醫學院研究小組利用連續切片電子顯微照片重建并分析了雄性線蟲大腦中MCMs與其他神經元之間的聯系。他們發現MCMs連接了存在于兩性中的神經元,而MCMs只存在于雄性中改造這些回路改變了處理信息的方式。

 

論文共同作者、艾伯特愛因斯坦醫學院遺傳學與神經科學系教授Scott Emmons說:“只有在線蟲中,此刻有可能鑒別出神經回路中的每個突觸。盡管是在小線蟲中開展這項工作,它為我們提供了一個視角幫助我們鑒別并有可能認識人類性欲、性取向和性別認同的多樣性。”

 

科學家們希望發現神經膠質細胞生成神經元的機制,這是修復大腦損傷區域一個有前景的途經。他們還想確定腦回路哪些特性調控了信息的獲得與保留來了解學習發生的機制。

 


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