前沿科技 | 中科院等科學(xué)家合作研究揭示丘腦核團(tuán)發(fā)生的時空調(diào)控機(jī)制

2018-04-28

中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要由層狀結(jié)構(gòu)和核團(tuán)結(jié)構(gòu)組成，人們對于包括大腦皮層在內(nèi)的層狀結(jié)構(gòu)形成機(jī)制了解較多，而對核腦結(jié)構(gòu)所依賴的發(fā)育機(jī)制了解較少。丘腦由數(shù)十個空間上排列復(fù)雜的核團(tuán)構(gòu)成，對感覺信息的傳遞和大腦皮層的功能都具有至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。之前的研究通過群體水平的譜系追蹤確定了丘腦投射核團(tuán)中的神經(jīng)元主要來自于pTH-R和pTH-C兩個神經(jīng)前體區(qū)，但是丘腦神經(jīng)前體細(xì)胞如何產(chǎn)生神經(jīng)元并組成丘腦各個核團(tuán)的機(jī)制仍不清楚。

中國科學(xué)院科學(xué)家團(tuán)隊(duì)——遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所吳青峰研究組聯(lián)合美國明尼蘇達(dá)大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)，用單細(xì)胞克隆分析法對丘腦核團(tuán)發(fā)生機(jī)制展開研究。使用三種不同CreER驅(qū)動子小鼠結(jié)合報告基因小鼠MADM（基于雙標(biāo)記的馬賽克分析）系統(tǒng)在克隆水平上追蹤丘腦神經(jīng)前體細(xì)胞譜系。研究發(fā)現(xiàn)如下：第一，丘腦神經(jīng)前體細(xì)胞隨著時序的推移，發(fā)生了從對稱性增殖性分裂向不對稱性神經(jīng)發(fā)生性分裂再到對稱性神經(jīng)發(fā)生性分裂的轉(zhuǎn)換；第二，每個神經(jīng)前體細(xì)胞所產(chǎn)生的子代神經(jīng)元群（又稱為克?。┓植加诙鄠€核團(tuán)中而不是單一的核團(tuán)，對稱性分裂所產(chǎn)生的克隆比不對稱性分裂所產(chǎn)生的克隆要跨越更多的核團(tuán)；第三，更重要的是，具有相似空間位置的神經(jīng)前體細(xì)胞所產(chǎn)生的克隆往往分布于一組特定的核團(tuán)群中。而且功能不同的核團(tuán)群在起源上并沒有發(fā)生完全的隔離，而神經(jīng)前體細(xì)胞所編碼的空間信息才是決定核團(tuán)生成的關(guān)鍵因素；最后對中間前體細(xì)胞的單克隆分析顯示中間前體細(xì)胞只能產(chǎn)生2-4個神經(jīng)元，相當(dāng)一部分的姐妹神經(jīng)元并沒有分布于單個核團(tuán)中，而是遷移到不同的核團(tuán)中執(zhí)行不同的功能，表明姐妹神經(jīng)元的命運(yùn)不完全相同。此研究為破解核團(tuán)結(jié)構(gòu)的組織原則奠定了深厚的基礎(chǔ)。

該研究于4月23日在線發(fā)表于PLOS Biology雜志上（DOI:10.1371/journal.pbio.2005211），文章題目為In Vivo Clonal Analysis Reveals Spatiotemporal Regulation of Thalamic Nucleogenesis。該研究主要由明尼蘇達(dá)大學(xué)教授Nakagawa、遺傳發(fā)育所研究員吳青峰和黃政豪等共同完成實(shí)驗(yàn)和分析。遺傳發(fā)育所穆文輝與郭曦澤參與了數(shù)據(jù)分析。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)A和分子發(fā)育生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。