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在所有哺乳动物中,人类的大脑体积相对于体重来说是最大的。最新《自然》杂志提出了一种新解释,原来人类大脑的放射性胶质细胞能表达血小板衍生生长因子D,这种生长因子能让人类大脑产生更多神经细胞形成新皮层。
放射性胶质细胞(radial glia)亦称“辐射状胶质细胞”,是一种神经胶质细胞。具有一个细长的放射性纤维,伸向远处,末端呈锥样,终足止于软膜表面或血管壁上。这些纤维在中枢神经系统发育中对神经元迁移起引导作用。主要存在于脊椎动物胚胎时期的中枢神经系统内。
最近有学者发现,小鼠放射性胶质细胞在基因表达方面和人类有明显不同,人类放射性胶质能表达血小板衍生生长因子D(PDGFD),阻断PDGFD–PDGFRβ信号可影响人类放射性胶质的功能,小鼠放射性胶质细胞不表达PDGFD,阻断该信号系统的药物也不会影响其功能。这一发现意味者什么,作者认为可能是人类这种大型大脑形成的重要分子基础。
哺乳动物新皮层是大脑半球表面上的一层薄薄的神经元,这些神经元是大脑功能产生的细胞基础。不同哺乳动物之间,皮层的质量相差可达1万倍,这也是不同物种之间在认知和行为相差悬除的原因。放射性胶质细胞在人类可协助产生160亿个神经元,可能是形成新皮层的关键基础。不幸的是,确定调节人类放射性胶质细胞发育的基因基础非常困难。本期《自然》264页Lui等使用一种复杂的技术Gene Co-expressionAnalysis of Serial Sections确定了一种分泌性蛋白PDGFD在调节这种细胞分裂中具有重要作用。
在发育中的神经系统中,放射状胶质细胞一方面是神经元的前身,一方面也充当新生神经元迁移的支架。改变放射性胶质细胞分裂、细胞周期或分裂比例都会影响新皮层的大小、组成和功能。小鼠等动物的放射状胶质细胞比较容易研究,但是由于伦理学和材料获取难度大导致人类放射状胶质细胞很少有研究。因此用小鼠确定了许多调节该细胞的基因,但人类放射状胶质细胞特异性基因过去并不十分清楚。转录组学是从RNA水平研究基因表达的情况。转录组即一个活细胞所能转录出来的所有RNA的总和,是研究细胞表型和功能的一个重要手段。
虽然在同一组织中并不全部是均一类型的细胞,但因为同一类细胞在同一发育阶段往往有类似的转录组学特征,利用这种规律可以区分出某一类细胞的转录组信息。
利用这种技术,最新研究利用一个胎儿的新皮层组织进行连续87张切片进行转录组学分析,从中确定了55组基因,这些基因存在增加和减少的一致性,代表细胞比例的改变。其中6组包含在小鼠放射状胶质细胞中已经确定的基因,提示这些基因属于放射状胶质细胞。更重要的是,在这些基因中也包含小鼠放射状胶质细胞不表达的基因,这些基因属于人类特有的表达基因。Lui等选择了其中一个基因PDGFD,该基因编码一种生长因子,而这种生长因子过去从没有考虑到和新皮层发育有关系。随后用药物抑制人类脑片上的这种基因表达,结果发现可以使放射状胶质细胞分裂减少,如果增加这种蛋白水平,或持续激活其受体PDGFRβ,能使小鼠新皮层放射状胶质细胞分裂增加。这些结果提示,正常情况下,PDGFD–PDGFRβ能促进人类放射状胶质细胞分裂,但对小鼠放射状胶质细胞分裂没作用。
Figure1: Transcriptional control in radial glia.Transcriptional control in radialglia.a, Side-on views of human and mouse brains at equivalent developmentalstages (not to scale). The developing cerebral neocortex is indicated inpurple. b, A cross-section of one brain hemisphere from each species, takenfrom the dotted lines shown in a. The magnified sections show the distributionof cells in the brain called radial glia.
Lui等在最新《自然》杂志报道了这一发现。小鼠几乎所有放射状胶质细胞都局限于脑室区,少数动物在室下回(SVZ)也存在这种细胞,这些细胞室人类大脑生长的重要基础。Lui等发现,小鼠如果表达PDGFRβ,一些原始细胞也可以扩展到室下回。这提示PDGFR确实能促进大脑皮层的生长。这些出现在小鼠室下回的原始细胞虽然能表达放射状胶质细胞特征蛋白,但他们属于那种类型目前还不清楚。PDGFD–PDGFRβ是否在所有神经干细胞发挥作用也不确定。因为最新这一研究只比较了人类和小鼠,其他动物的情况也不了解。根据这一研究推测,如果人类PDGF信号通路存在基因突变可能和某些神经发育异常有关,尤其是一些小头畸形。
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GMT+8, 2024-12-22 15:17
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