Cell:大脑发育的关键调节子

2013年4月28日 15:03:31 来源: 生物通
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  在哺乳动物的进化和发育过程中,大脑皮层都发生了显著的增加,包括正切方向和辐射状的扩展(tangential and radial expansion)。此时,大脑皮层的组织在脑部进行折叠,使皮层的神经元数量和表面面积最大化。现在,科学家们发现了这一重要过程中的一个关键的调节子,相关研究发表在四月二十五日的Cell杂志上。

  哺乳动物大脑的不同区域,分别负责特定的职能,这对于大脑的发育和组织形式有着特殊的要求。在脊椎动物中,只有哺乳动物前脑的大脑皮层,会发生显著扩展和大量折叠,该区域的大脑皮层主要负责认知功能。这些大脑皮层的折叠程度越高,出现的沟回越多,可进行神经信息接收和处理的表面就越大。在人类的发育早期,胎儿大脑的表面保持平滑,直到胎儿发育约六个月时,大脑表面才出现折叠,最终人类的整个大脑将以这种折叠为主。相反,小鼠的大脑皮层不但更小,也要平滑得多。

  “迄今为止,人们还并不了解在胎儿发育过程中,控制大脑扩展和折叠的机制,”德国慕尼黑大学LMU的Magdalena Götz教授说。Götz及其团队找到了参与上述分子过程,促进小鼠皮层扩展的主要因子。他们发现,一种新的核蛋白Trnp1,会使神经细胞的数量大大增加,驱使皮层进行一系列复杂的折叠。正常小鼠大脑皮层的表面比较平滑,当研究人员对小鼠Trnp1进行动态调节时,激活了大脑皮层扩展和折叠所需的所有必要步骤。

  “Trnp1对于大脑皮层的扩展和折叠非常关键,在发育过程中Trnp1的表达水平受到机体的动态控制,”Götz说。在胚胎发育早期,局部的Trnp1以高浓度表达,促使能够自我更新的多能神经干细胞进行增殖,支持大脑皮层向正切方向扩展。随后,Trnp1水平下降,使多种中间前体细胞和放射状胶质细胞增多,促进大脑皮层呈辐射状扩展。在这一过程中,神经元的数量大大增加,这种细胞的有序生成和迁移,驱使大脑皮层形成折叠。

  研究显示,同一个分子(Trnp1)控制着大脑皮层的扩展和折叠,甚至足以在小鼠的大脑皮层中诱使折叠出现。这一发现令科学家们感到兴奋,他们指出Trnp1是深入研究的理想起点,可以帮助人们解析整个过程背后的复杂网络,揭示细胞和分子层面的各种相互作用。Götz及其同事正在向这一方向努力,他们下一步将明确Trnp1蛋白的具体分子功能,并解析该蛋白的调节机制。