Cell子刊:神經元的引路人
日期:2012-11-14 08:19:12
Emory大學醫學院的研究人員發表了一項新研究,展示了纖毛在胚胎大腦中指導神經元遷移的動力學作用。纖毛是細胞表面微小的毛發狀結構,但它們在這里的作用更像是天線。
研究人員在正在發育的小鼠胚胎中,觀察到神經元遷移時纖毛的伸展和收縮。研究顯示,纖毛是神經元接收信號來確定遷移方向和定位所必須的。這項研究發表在Cell旗下的Developmental Cell雜志上。
“最令人驚奇的是纖毛相當有活力,”Emory大學醫學院人類遺傳學助理教授Tamara Caspary博士說?!爸虚g神經元是一步步地移動到發育中的大腦皮層。當它們暫時停下腳步,我們可以看到纖毛的伸展,這就像中間神經元在試圖確定下一步應該往哪兒走?!?/SPAN>
我們通常比較熟悉的運動型纖毛有草履蟲纖毛、器官和生殖器中的纖毛等等。其實,非運動型的原發性纖毛primary cilia幾乎存在于我們機體內的每個細胞中。纖毛病變Ciliopathies是一種涉及了纖毛缺陷的遺傳學疾病,和Joubert綜合癥一樣也包括腎臟和眼部病變。
Joubert綜合癥主要影響小腦和腦干的發育,會導致肌肉缺乏控制、呼吸問題以及智力缺陷。研究指出,引發神經發育疾病Joubert綜合癥的基因突變會影響纖毛的遷移功能,神經元的遷移故障是Joubert綜合癥中某些癥狀的原因。
Caspary實驗室針對Joubert綜合癥中發生突變的基因Arl13b進行了研究,發現Arl13b突變使纖毛變得又短又硬。“這是研究纖毛發育的良好工具,因為它不會對整體結構造成較大破壞,”Caspary說。人們現在還不清楚Arl13b影響纖毛功能的確切機制,不過研究顯示當該基因過活躍時纖毛更長,說明該機制可能影響了纖毛構建所需蛋白的運輸。
研究人員在敲除了Arl13b的小鼠胚胎中觀察中間神經元的遷移,中間神經元負責形成其他神經元之間的連接,它不會與肌肉或感覺器官相連。他們使小鼠中間神經元的纖毛中表達紅色熒光蛋白,然后在共聚焦顯微鏡下觀察胚胎的大腦切片,這時細胞還是活的能夠持續移動幾個小時。研究顯示,當缺乏Arl13b基因時,中間神經元無法正確遷移通過發育中的大腦皮層。
研究人員觀察到,中間神經元的遷移呈噴射狀,當細胞暫停時纖毛會伸展并“像籃球運動員的手臂那樣”運動。而當Arl13b基因被敲除時,細胞纖毛的伸展變少,往往看起來就只是一個小紅點。再次導入正常的Arl13b基因基因能夠使纖毛運動恢復,但導入Joubert綜合癥中的突變基因無法達到這樣的效果。
纖毛缺陷引發Joubert綜合癥癥狀的機制很復雜。由于調控胚胎發育的Hedgehog信號傳導也需要纖毛,研究人員認為神經元遷移故障可以解釋Joubert綜合癥中的智力缺陷,而Hedgehog信號通路受阻則可能使小腦和腦干的發育受損。
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