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新基因介导的细胞通讯

日期: 2019年03月26日


    

徒步旅行者爬上险峻的喜马拉雅山离不开夏尔巴人向导,神经系统也需要依靠神经轴突成功达到目标地。Salk研究所的研究人员发现,神经元通过“倾听”方向,导航复杂的细胞环境,同时过滤掉不适当的指令以避免迷路。这项发现发表在3月19日出版的《Neuron》。

 

新基因介导的细胞通讯 

 

神经系统由2万个基因控制,含有100万个神经连接,其中大约10个基因家族参与控制轴突的引导。“我们想了解宇宙创建的最复杂的生物机器的‘智能’基因系统,”通讯作者、Salk教授Samuel Pfaff说。“因此,我们从研究运动神经元如何发现它们与身体肌肉的联系开始,探究大脑将信息传递给肌肉以支持运动的过程。”

 

大脑控制数百块肌肉,以便精确运动。在发育过程中,脊髓中的运动神经元将轴突延伸到中枢神经系统之外,与体内的肌肉细胞相连,每个运动神经元都依赖一组基因来确保轴突正确连接到指定肌肉。

 

“从最广义上讲,我们希望通过识别异常运动神经元发育相关的基因,然后在其他语境(例如癌症)理解细胞信号的复杂性,”文章一作Dario Bonanomi说。“这项工作不仅向我们展示了神经系统是如何发展的,更广泛地说,也向我们展示了细胞是如何在体内沟通、移动和创造结构的。”

 

研究小组进行了基因筛选,并用绿色荧光蛋白观察小鼠运动神经元轴突的生长位置。然后追踪轴突,看其是否做出正确或错误的生长决定。通过对轴突的追踪,科学家们发现了一种导致运动轴突“走错路”的基因突变。在这种情况下,运动神经元轴突走了弯路,未能与肌肉正确连接。

 

经过更深入的调查研究,科学家们发现,这些运动神经元爬上了脊髓边缘,没往肌肉方向走。导致这种有害突变的基因名叫p190,在以前,它被认为可以起到抑制癌症的作用,但是没有研究指出它与发育过程中建立神经元连接有关。

 

 

 

新研究发现,尽管轴突通常会被一种名叫netrin的脊髓蛋白吸引,但在一个短暂的窗口期,p190起到了致盲作用,因此轴突可以无视netrin,并被引导至脊髓外。在轴突安全离开中枢神经系统后,这种“眼罩”随即被移除。如果缺乏p190,轴突会被netrin吸引,不能正常离开脊髓,所以永远不能与肌肉连接。

 

“这项研究向我们展示了细胞用于彼此沟通的无法想象的复杂机理,”Pfaff说。

 

下一步研究计划是研究p190的控制机理,以及影响其活动时间的因素们。

 

原文检索:p190RhoGAP Filters Competing Signals to Resolve Axon Guidance Conflicts

 

转载标题:新基因介导的细胞通讯

 

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