Science:大脑发育并非以神经为中心
2017/09/04
9月1日发表在Science杂志上的研究文章发现,神经胶质细胞长期以来被认为是被动支持细胞的非神经细胞的集合,实际上对大脑神经细胞的发育至关重要。该结果改变了大脑发育以神经为中心的观点。


美国纽约大学的生物学家发现了大脑发育的一个意想不到的来源,这一发现为神经系统的构建提供了新的见解。

这篇9月1日发表在Science杂志上的研究文章发现,神经胶质细胞长期以来被认为是被动支持细胞的非神经细胞的集合,实际上对大脑神经细胞的发育至关重要

文章的第一作者Vilaiwan Fernandes解释说:“结果导致我们改变了大脑发育以神经为中心的观点,现在要感谢非神经元细胞如神经胶质细胞的贡献。事实上,我们的研究发现,只有当神经胶质细胞的贡献被解释时,关于神经细胞产生的时间、身份和协调性等大脑发育的基本问题才能被理解。”

大脑由两种广泛的细胞类型组成:神经细胞或神经元以及神经胶质细胞。神经胶质细胞是构成大脑体积一半以上的非神经细胞。神经生物学家往往注重前者,因为它们是形成信息处理网络的细胞。

然而,鉴于胶质细胞在大脑细胞构成中的优势,纽约大学的研究人员推测它们可能在大脑发育中起着重要作用。

为了探索这一点,他们研究了果蝇的视觉系统。该物种是这一系列研究的有力模型生物,因为它的视觉系统,有如人类的视觉系统,拥有重复的微型回路,在整个视野中检测和处理光。

这种动态让科学家特别感兴趣,因为随着大脑的发育,它必须协调视网膜神经元与大脑遥远区域其它神经元的协调。

在他们的研究中,纽约大学的研究人员发现,神经细胞的协调发展是通过大量的神经胶质细胞来完成的,这些神经胶质细胞从视网膜传递信号到大脑,以使大脑中的细胞成为神经细胞。


在视觉系统中建立连接的过程如上图所示:在发育过程中,感光细胞分泌Hedgehog引起神经上皮细胞形成的膜前体细胞。接下来,光感受器分泌成纤维细胞生长因子FGF和表皮生长因子EGF,引导中枢神经系统的胶质细胞前体细胞迁移、分化和包裹光感受器细胞轴突。神经胶质包裹的轴突产生胰岛素样的肽诱导前体细胞分化为L1~L5神经元。

论文的资深作者纽约大学生物学教授Claude Desplan说:“作为一个信号传递的中介,胶质细胞不仅精确控制神经元何时和在哪里产生,也控制神经元会发展成什么类型。

参考资料

Glia relay differentiation cues to coordinate neuronal development in Drosophila

Glia put visual map in sync

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  • Glia relay differentiation cues to coordinate neuronal development in Drosophila

    Neuronal birth and specification must be coordinated across the developing brain to generate the neurons that constitute neural circuits. We used the Drosophila visual system to investigate how development is coordinated to establish retinotopy, a feature of all visual systems. Photoreceptors achieve retinotopy by inducing their target field in the optic lobe, the lamina neurons, with a secreted differentiation cue, epidermal growth factor (EGF). We find that communication between photoreceptors and lamina cells requires a signaling relay through glia. In response to photoreceptor-EGF, glia produce insulin-like peptides, which induce lamina neuronal differentiation. Our study identifies a role for glia in coordinating neuronal development across distinct brain regions, thus reconciling the timing of column assembly with that of delayed differentiation, as well as the spatiotemporal pattern of lamina neuron differentiation.

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