Science:新技术揭示大脑新生神经元的遗传起源

日期: 2016年03月14日


    

 

这是一个神经元在诞生后的头几个小时内的所有基因表达情况。每个圆代表着着不同发展阶段(6小时,12小时,24小时),每个圆内的带颜色的点代表着基因表达的水平。

 

我们的大脑是不同类型神经元的居住地,每类神经元都有自己的遗传特征,能够确定它们的功能。这些神经元起源于祖细胞,也就是专门分裂形成神经元的干细胞。如今,来自日内瓦大学医学院的神经科学家们阐明了促使祖细胞分化成神经元的机制。他们开发了一种名叫FlashTag的新颖技术,这种技术可以帮助在他们神经元形成之时就将之分离出来并进行视觉性标注。凭借这种技术,他们破译了神经元构成的基本遗传密码。

 

这一发现于3月3日发表在《科学》上,使我们不仅理解了我们的大脑是如何发育的,而且理解了如何运用这一遗传密码从干细胞入手重构神经元。研究员们将能够更深入地理解像自闭症、精神分裂症等神经系统疾病的根本机制。

 

Denis Jabaudon是日内瓦大学医药学院基础神经科学部门的神经科学家以及日内瓦大学医院(HUG)的神经科医生,他带领的研究员团队研发了一种名为FlashTag的技术,可以将正在形成的神经元视觉化。利用这一方法,在祖细胞进行分裂的时刻,通过荧光标记对它进行标注,并在子代仍能保持存在。科学家能将新形成的神经元视觉化并隔离开来,以便动态观察在这些神经元存活的最初几个小时内,有哪些基因得到表达。随着时间的推移,他们可以研究基因表达的演化和变迁。“之前,我们只有少量的照片来重构神经元的历史,这给我们留下了很多猜测的余地。多亏了FlashTag,现在我们眼前呈现出充足的基因影像资料。从始至终,每一个瞬间都是可见的,这让我们得以理解神经元发育的剧本,明确这场戏剧中的主要角色以及它们的相互作用和动机。”Denis Jabaudon如此解释。科学家研究了老鼠的大脑皮层,已经鉴别出神经元发育过程中的关键基因,并且证明了这些基因表达的动态变化对于大脑的正常发育至关重要。

 

十分精确的、原始的基因之舞的编排原理

 

这一发现,为我们探索神经元形成过程中的原始遗传密码提供了契机,帮助我们了解神经元如何在成人大脑中发挥作用。而这些原始基因中的一部分似乎也涉及到神经发育和神经退化疾病,而这些疾病可能多年后才发生。这表明患病倾向可能在神经元的诞生之初就已露出端倪,而环境因素能影响疾病的后续发展。只有理解了神经元的基因之舞的编排原理,研究者才能探索这些基因从一开始是如何活动的,并且识别出潜在的预示着疾病的异常情况。

 

在成功解读了这一遗传密码之后,科学家可以改写新生神经元。通过改变特定基因的表达,科学家能促进神经生长,从而改变成长的脚本。有了FlashTag,分离新生神经元和体外重建神经回路成为可能,这使科学家能测试出它们的功能并开发出新的治疗方案。

 

向大众开放的网站

 

日内瓦大学科研团队发布了网站,在网站上能够输入基因的名字,观察到它是如何表达的,以及如何与其它基因相互影响的。“每个研究团队在一段时间内只能聚焦于少数基因,然而我们研究的基因组由接近20000个基因组成。因此我们完全公开了我们的工具,以供其他研究者有效使用。”Denis Jabaudon强调说。


备注:原文出自机器之心。

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