Nature子刊:不一樣的神經元修剪
日期:2016-05-04 09:00:31
樹苗不修剪,難成棟梁材,因此對于園丁來說,樹木只有定期修剪,去掉某些枝條,剩下的才能長得更好。同樣在發育期間,神經元生長與修剪也是必需的,來自Salk生物科學研究所的Rusty Gage等人發現成體小鼠中新生成的大腦細胞,之后會得到修剪。
這一研究成果公布在5月2日的Nature Neuroscience雜志上,研究人員觀測了成體小鼠海馬齒狀回(dentate gyrus)中樹突生長的過程,發現了這一奧秘。
“這項研究成果令人感到驚訝,這些細胞最初生長的很快,變得很大,但經過修剪之后就會變得和其它細胞一樣了”,文章另外一位作者Tiago Gonçalves 說。
大腦是一個神奇的器官,其中約有1000億個神經元,平均每個神經元又與其他神經元形成約1000個被稱為“突觸”的聯接節點,這些神經元在發育過程中會被加工,在發育早期,樹突棘與突觸數目快速增加,形成功能性神經網絡。神經網絡的復雜度達到一定程度后,必須像修剪枝葉一樣進行優化,才能達到最佳的信息傳遞與儲存效果。神經環路的這種精確化過程主要在青春期進行,表現為樹突棘數目總體減少,而不是增多。比如,自閉癥患者的樹突棘,成年期相比幼年期結束時減少了,但因修剪存在缺陷,數目總體上仍高于普通人群。
在這篇文章中,研究人員為追蹤了新生神經元,用綠色熒光蛋白 (GFP)標記細胞,將玻璃觀測平臺植入到大腦中,從而在長達幾個星期的時間里標記觀測細胞。在GFP標記三個星期后,研究人員發現細胞分支越來越多,達到頂峰,之后又回落到了一個穩定的水平。
雖然動物細胞接觸到了富集環境,最初會產生更多的樹突分支,但是機體也不會放任其繼續“瘋長”,這些細胞會被修剪,變成了正常水平。
“因此我們的發現指出發育DGSs(齒狀回細胞)中的樹突會維持一種穩態,抵消了過度生長,成為了正常的細胞,”作者寫道。
神經元修剪機制復雜,此前來自霍德華休斯醫學院,加州大學舊金山分校等處的研究人員發現了一種關鍵酶:含纈酪肽蛋白在神經元樹突修剪過程中的重要作用。
研究人員發現一種稱為含纈酪肽蛋白(valosin-containing protein,VCP)的泛素依賴性ATP酶,如果被抑制,或者被突變,就會導致mRNA代謝過程出現特殊異常,而且這種蛋白的作用也與樹突修剪有關,由于VCP在人體內的同系物與神經退行性疾病有關,因此這一發現也有助于解析此類疾病的病理機制。
更為重要的是,VCP是一種廣泛存在的膜結合糖蛋白,作為泛素依賴性分子伴侶,是泛素-蛋白酶體系統中的一員,它與蛋白酶體中19S調控部分的突變,會造成修剪基因表達出現缺陷,以及特殊mRNA結合蛋白的錯誤定位和過量表達。