前沿科技 | 中科院等科學(xué)家合作研究揭示丘腦核團發(fā)生的時空調(diào)控機制

2018-04-28

中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要由層狀結(jié)構(gòu)和核團結(jié)構(gòu)組成,人們對于包括大腦皮層在內(nèi)的層狀結(jié)構(gòu)形成機制了解較多,而對核腦結(jié)構(gòu)所依賴的發(fā)育機制了解較少。丘腦由數(shù)十個空間上排列復(fù)雜的核團構(gòu)成,對感覺信息的傳遞和大腦皮層的功能都具有至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。之前的研究通過群體水平的譜系追蹤確定了丘腦投射核團中的神經(jīng)元主要來自于pTH-R和pTH-C兩個神經(jīng)前體區(qū),但是丘腦神經(jīng)前體細(xì)胞如何產(chǎn)生神經(jīng)元并組成丘腦各個核團的機制仍不清楚。

中國科學(xué)院科學(xué)家團隊——遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所吳青峰研究組聯(lián)合美國明尼蘇達(dá)大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué),用單細(xì)胞克隆分析法對丘腦核團發(fā)生機制展開研究。使用三種不同CreER驅(qū)動子小鼠結(jié)合報告基因小鼠MADM(基于雙標(biāo)記的馬賽克分析)系統(tǒng)在克隆水平上追蹤丘腦神經(jīng)前體細(xì)胞譜系。研究發(fā)現(xiàn)如下:第一,丘腦神經(jīng)前體細(xì)胞隨著時序的推移,發(fā)生了從對稱性增殖性分裂向不對稱性神經(jīng)發(fā)生性分裂再到對稱性神經(jīng)發(fā)生性分裂的轉(zhuǎn)換;第二,每個神經(jīng)前體細(xì)胞所產(chǎn)生的子代神經(jīng)元群(又稱為克隆)分布于多個核團中而不是單一的核團,對稱性分裂所產(chǎn)生的克隆比不對稱性分裂所產(chǎn)生的克隆要跨越更多的核團;第三,更重要的是,具有相似空間位置的神經(jīng)前體細(xì)胞所產(chǎn)生的克隆往往分布于一組特定的核團群中。而且功能不同的核團群在起源上并沒有發(fā)生完全的隔離,而神經(jīng)前體細(xì)胞所編碼的空間信息才是決定核團生成的關(guān)鍵因素;最后對中間前體細(xì)胞的單克隆分析顯示中間前體細(xì)胞只能產(chǎn)生2-4個神經(jīng)元,相當(dāng)一部分的姐妹神經(jīng)元并沒有分布于單個核團中,而是遷移到不同的核團中執(zhí)行不同的功能,表明姐妹神經(jīng)元的命運不完全相同。此研究為破解核團結(jié)構(gòu)的組織原則奠定了深厚的基礎(chǔ)。

該研究于4月23日在線發(fā)表于PLOS Biology雜志上(DOI:10.1371/journal.pbio.2005211),文章題目為In Vivo Clonal Analysis Reveals Spatiotemporal Regulation of Thalamic Nucleogenesis。該研究主要由明尼蘇達(dá)大學(xué)教授Nakagawa、遺傳發(fā)育所研究員吳青峰和黃政豪等共同完成實驗和分析。遺傳發(fā)育所穆文輝與郭曦澤參與了數(shù)據(jù)分析。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項A和分子發(fā)育生物學(xué)國家重點實驗室的支持。

 

圖:丘腦神經(jīng)前體細(xì)胞的分裂模式與丘腦克隆群的空間位置分布

(來源:中國科學(xué)院)

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