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纤毛指导神经元迁移的动力学作用

核心提示:Emory大学医学院的研究人员发表了一项新研究,展示了纤毛在胚胎大脑中指导神经元迁移的动力学作用。纤毛是细胞表面微小的毛发状结构,但它们在这里的作用更像是天线。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2012年11月14日讯  Emory大学医学院的研究人员发表了一项新研究,展示了纤毛在胚胎大脑中指导神经元迁移的动力学作用。纤毛是细胞表面微小的毛发状结构,但它们在这里的作用更像是天线。

  研究人员在正在发育的小鼠胚胎中,观察到神经元迁移时纤毛的伸展和收缩。研究显示,纤毛是神经元接收信号来确定迁移方向和定位所必须的。这项研究发表在Cell旗下的Developmental Cell杂志上。

  “最令人惊奇的是纤毛相当有活力,”Emory大学医学院人类遗传学助理教授Tamara Caspary博士说。“中间神经元是一步步地移动到发育中的大脑皮层。当它们暂时停下脚步,我们可以看到纤毛的伸展,这就像中间神经元在试图确定下一步应该往哪儿走。”

  我们通常比较熟悉的运动型纤毛有草履虫纤毛、器官和生殖器中的纤毛等等。其实,非运动型的原发性纤毛primary cilia几乎存在于我们机体内的每个细胞中。纤毛病变Ciliopathies是一种涉及了纤毛缺陷的遗传学疾病,和Joubert综合症一样也包括肾脏和眼部病变。

  Joubert综合症主要影响小脑和脑干的发育,会导致肌肉缺乏控制、呼吸问题以及智力缺陷。研究指出,引发神经发育疾病Joubert综合症的基因突变会影响纤毛的迁移功能,神经元的迁移故障是Joubert综合症中某些症状的原因。

  Caspary实验室针对Joubert综合症中发生突变的基因Arl13b进行了研究,发现Arl13b突变使纤毛变得又短又硬。“这是研究纤毛发育的良好工具,因为它不会对整体结构造成较大破坏,”Caspary说。人们现在还不清楚Arl13b影响纤毛功能的确切机制,不过研究显示当该基因过活跃时纤毛更长,说明该机制可能影响了纤毛构建所需蛋白的运输。

  研究人员在敲除了Arl13b的小鼠胚胎中观察中间神经元的迁移,中间神经元负责形成其他神经元之间的连接,它不会与肌肉或感觉器官相连。他们使小鼠中间神经元的纤毛中表达红色荧光蛋白,然后在共聚焦显微镜下观察胚胎的大脑切片,这时细胞还是活的能够持续移动几个小时。研究显示,当缺乏Arl13b基因时,中间神经元无法正确迁移通过发育中的大脑皮层。

  研究人员观察到,中间神经元的迁移呈喷射状,当细胞暂停时纤毛会伸展并“像篮球运动员的手臂那样”运动。而当Arl13b基因被敲除时,细胞纤毛的伸展变少,往往看起来就只是一个小红点。再次导入正常的Arl13b基因基因能够使纤毛运动恢复,但导入Joubert综合症中的突变基因无法达到这样的效果。

  纤毛缺陷引发Joubert综合症症状的机制很复杂。由于调控胚胎发育的Hedgehog信号传导也需要纤毛,研究人员认为神经元迁移故障可以解释Joubert综合症中的智力缺陷,而Hedgehog信号通路受阻则可能使小脑和脑干的发育受损。

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编辑:Cassie.D

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