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Cell:大腦發育的關鍵調節子

日期:2013-05-02 09:48:07

在哺乳動物的進化和發育過程中,大腦皮層都發生了顯著的增加,包括正切方向和輻射狀的擴展(tangential and radial expansion)。此時,大腦皮層的組織在腦部進行折疊,使皮層的神經元數量和表面面積最大化。現在,科學家們發現了這一重要過程中的一個關鍵的調節子,相關研究發表在四月二十五日的Cell雜志上。

 

哺乳動物大腦的不同區域,分別負責特定的職能,這對于大腦的發育和組織形式有著特殊的要求。在脊椎動物中,只有哺乳動物前腦的大腦皮層,會發生顯著擴展和大量折疊,該區域的大腦皮層主要負責認知功能。這些大腦皮層的折疊程度越高,出現的溝回越多,可進行神經信息接收和處理的表面就越大。在人類的發育早期,胎兒大腦的表面保持平滑,直到胎兒發育約六個月時,大腦表面才出現折疊,最終人類的整個大腦將以這種折疊為主。相反,小鼠的大腦皮層不但更小,也要平滑得多。

 

“迄今為止,人們還并不了解在胎兒發育過程中,控制大腦擴展和折疊的機制,”德國慕尼黑大學LMUMagdalena Götz教授說。Götz及其團隊找到了參與上述分子過程,促進小鼠皮層擴展的主要因子。他們發現,一種新的核蛋白Trnp1,會使神經細胞的數量大大增加,驅使皮層進行一系列復雜的折疊。正常小鼠大腦皮層的表面比較平滑,當研究人員對小鼠Trnp1進行動態調節時,激活了大腦皮層擴展和折疊所需的所有必要步驟。

 

Trnp1對于大腦皮層的擴展和折疊非常關鍵,在發育過程中Trnp1的表達水平受到機體的動態控制,”Götz說。在胚胎發育早期,局部的Trnp1以高濃度表達,促使能夠自我更新的多能神經干細胞進行增殖,支持大腦皮層向正切方向擴展。隨后,Trnp1水平下降,使多種中間前體細胞和放射狀膠質細胞增多,促進大腦皮層呈輻射狀擴展。在這一過程中,神經元的數量大大增加,這種細胞的有序生成和遷移,驅使大腦皮層形成折疊。

 

研究顯示,同一個分子(Trnp1)控制著大腦皮層的擴展和折疊,甚至足以在小鼠的大腦皮層中誘使折疊出現。這一發現令科學家們感到興奮,他們指出Trnp1是深入研究的理想起點,可以幫助人們解析整個過程背后的復雜網絡,揭示細胞和分子層面的各種相互作用。Götz及其同事正在向這一方向努力,他們下一步將明確Trnp1蛋白的具體分子功能,并解析該蛋白的調節機制。

 


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