Nature子刊:不一样的神经元修剪
生物通 · 2016/05/05
树苗不修剪,难成栋梁材,因此对于园丁来说,树木只有定期修剪,去掉某些枝条,剩下的才能长得更好。同样在发育期间,神经元生长与修剪也是必需的,来自Salk生物科学研究所的Rusty Gage等人发现成体小鼠中新生成的大脑细胞,之后会得到修剪。


树苗不修剪,难成栋梁材,因此对于园丁来说,树木只有定期修剪,去掉某些枝条,剩下的才能长得更好。同样在发育期间,神经元生长与修剪也是必需的,来自Salk生物科学研究所的Rusty Gage等人发现成体小鼠中新生成的大脑细胞,之后会得到修剪。

这一研究成果公布在5月2日的Nature Neuroscience杂志上,研究人员观测了成体小鼠海马齿状回(dentate gyrus)中树突生长的过程,发现了这一奥秘。

“这项研究成果令人感到惊讶,这些细胞最初生长的很快,变得很大,但经过修剪之后就会变得和其它细胞一样了”,文章另外一位作者Tiago Gonçalves 说。

大脑是一个神奇的器官,其中约有1000亿个神经元,平均每个神经元又与其他神经元形成约1000个被称为“突触”的联接节点,这些神经元在发育过程中会被加工,在发育早期,树突棘与突触数目快速增加,形成功能性神经网络。神经网络的复杂度达到一定程度后,必须像修剪枝叶一样进行优化,才能达到最佳的信息传递与储存效果。神经环路的这种精确化过程主要在青春期进行,表现为树突棘数目总体减少,而不是增多。比如,自闭症患者的树突棘,成年期相比幼年期结束时减少了,但因修剪存在缺陷,数目总体上仍高于普通人群。

在这篇文章中,研究人员为追踪了新生神经元,用绿色荧光蛋白 (GFP)标记细胞,将玻璃观测平台植入到大脑中,从而在长达几个星期的时间里标记观测细胞。在GFP标记三个星期后,研究人员发现细胞分支越来越多,达到顶峰,之后又回落到了一个稳定的水平。

虽然动物细胞接触到了富集环境,最初会产生更多的树突分支,但是机体也不会放任其继续“疯长”,这些细胞会被修剪,变成了正常水平。

“因此我们的发现指出发育DGSs(齿状回细胞)中的树突会维持一种稳态,抵消了过度生长,成为了正常的细胞,”作者写道。

神经元修剪机制复杂,此前来自霍德华休斯医学院,加州大学旧金山分校等处的研究人员发现了一种关键酶:含缬酪肽蛋白在神经元树突修剪过程中的重要作用。

研究人员发现一种称为含缬酪肽蛋白(valosin-containing protein,VCP)的泛素依赖性ATP酶,如果被抑制,或者被突变,就会导致mRNA代谢过程出现特殊异常,而且这种蛋白的作用也与树突修剪有关,由于VCP在人体内的同系物与神经退行性疾病有关,因此这一发现也有助于解析此类疾病的病理机制。

更为重要的是,VCP是一种广泛存在的膜结合糖蛋白,作为泛素依赖性分子伴侣,是泛素-蛋白酶体系统中的一员,它与蛋白酶体中19S调控部分的突变,会造成修剪基因表达出现缺陷,以及特殊mRNA结合蛋白的错误定位和过量表达。

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