Cell子刊：神經(jīng)元的引路人
日期：2012-11-14 08:19:12
Emory大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)表了一項新研究，展示了纖毛在胚胎大腦中指導(dǎo)神經(jīng)元遷移的動力學(xué)作用。纖毛是細胞表面微小的毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)，但它們在這里的作用更像是天線。
研究人員在正在發(fā)育的小鼠胚胎中，觀察到神經(jīng)元遷移時纖毛的伸展和收縮。研究顯示，纖毛是神經(jīng)元接收信號來確定遷移方向和定位所必須的。這項研究發(fā)表在Cell旗下的Developmental Cell雜志上。
“最令人驚奇的是纖毛相當(dāng)有活力，”Emory大學(xué)醫(yī)學(xué)院人類遺傳學(xué)助理教授Tamara Caspary博士說。“中間神經(jīng)元是一步步地移動到發(fā)育中的大腦皮層。當(dāng)它們暫時停下腳步，我們可以看到纖毛的伸展，這就像中間神經(jīng)元在試圖確定下一步應(yīng)該往哪兒走。”
我們通常比較熟悉的運動型纖毛有草履蟲纖毛、器官和生殖器中的纖毛等等。其實，非運動型的原發(fā)性纖毛primary cilia幾乎存在于我們機體內(nèi)的每個細胞中。纖毛病變Ciliopathies是一種涉及了纖毛缺陷的遺傳學(xué)疾病，和Joubert綜合癥一樣也包括腎臟和眼部病變。
Joubert綜合癥主要影響小腦和腦干的發(fā)育，會導(dǎo)致肌肉缺乏控制、呼吸問題以及智力缺陷。研究指出，引發(fā)神經(jīng)發(fā)育疾病Joubert綜合癥的基因突變會影響纖毛的遷移功能，神經(jīng)元的遷移故障是Joubert綜合癥中某些癥狀的原因。
Caspary實驗室針對Joubert綜合癥中發(fā)生突變的基因Arl13b進行了研究，發(fā)現(xiàn)Arl13b突變使纖毛變得又短又硬。“這是研究纖毛發(fā)育的良好工具，因為它不會對整體結(jié)構(gòu)造成較大破壞，”Caspary說。人們現(xiàn)在還不清楚Arl13b影響纖毛功能的確切機制，不過研究顯示當(dāng)該基因過活躍時纖毛更長，說明該機制可能影響了纖毛構(gòu)建所需蛋白的運輸。
研究人員在敲除了Arl13b的小鼠胚胎中觀察中間神經(jīng)元的遷移，中間神經(jīng)元負(fù)責(zé)形成其他神經(jīng)元之間的連接，它不會與肌肉或感覺器官相連。他們使小鼠中間神經(jīng)元的纖毛中表達紅色熒光蛋白，然后在共聚焦顯微鏡下觀察胚胎的大腦切片，這時細胞還是活的能夠持續(xù)移動幾個小時。研究顯示，當(dāng)缺乏Arl13b基因時，中間神經(jīng)元無法正確遷移通過發(fā)育中的大腦皮層。
研究人員觀察到，中間神經(jīng)元的遷移呈噴射狀，當(dāng)細胞暫停時纖毛會伸展并“像籃球運動員的手臂那樣”運動。而當(dāng)Arl13b基因被敲除時，細胞纖毛的伸展變少，往往看起來就只是一個小紅點。再次導(dǎo)入正常的Arl13b基因基因能夠使纖毛運動恢復(fù)，但導(dǎo)入Joubert綜合癥中的突變基因無法達到這樣的效果。
纖毛缺陷引發(fā)Joubert綜合癥癥狀的機制很復(fù)雜。由于調(diào)控胚胎發(fā)育的Hedgehog信號傳導(dǎo)也需要纖毛，研究人員認(rèn)為神經(jīng)元遷移故障可以解釋Joubert綜合癥中的智力缺陷，而Hedgehog信號通路受阻則可能使小腦和腦干的發(fā)育受損。
