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新分子图谱揭示脑细胞发育轨迹

来源:科技日报2021-07-30 09:29

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  科技日报北京7月29日电(实习记者张佳欣)瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)和瑞典卡罗林斯卡学院的研究人员首次绘制了胚胎大脑细胞在成熟过程中遵循的遗传和发育轨迹。这份分子图谱不仅可帮助人们识别与神经发育状况有关的基因,确定脑癌中恶性细胞的来源,还可以作为评估实验室中干细胞产生的脑组织的参考,同时能改进神经退行性疾病的细胞替代疗法。相关研究发表在28日的《自然》杂志上。

  为了监测单个细胞在时间上的决策过程,研究人员从小鼠受精后第7天到出生,每日对小鼠胚胎的大脑样本进行分析。结合基因测序技术和数学方法,研究人员获得了来自所有脑区的大约29万单个细胞的基因表达图谱,以及近800个细胞的状态,其中包括不同类型的细胞,如神经元和神经元支持细胞的发育程序。

  随着神经前体细胞的成熟,它们停止增殖,分化成数十个不同的神经元。研究人员跟踪了这种分化,并描述了跨越不同脑区的神经干细胞出现的时间。在小鼠胚胎中,第一批神经干细胞出现的时间较早,在胚胎发育的第9天之前。这大致相当于人类怀孕3个月的时间。研究人员发现,这些神经元与感觉和运动功能有关。

  研究人员还发现了特定类型的放射状神经胶质细胞,其作用是通过产生分子信使来引导邻近细胞的发育,这些分子信使有助于确定各种特殊细胞类型在大脑中的位置。“如果大脑是一个管弦乐队,组织者放射状胶质细胞就是指挥。”该研究的主要作者、EPFL神经发育系统生物学实验室主任基奥勒·曼诺说。研究小组发现,这些放射状胶质细胞产生的分子信使种类比他们想象的要多。

  研究人员还识别出不同的细胞群,其中一些群的细胞数量是其他群的100倍。细胞数量最多的群之一似乎是前脑中的兴奋性神经元,这里包含了参与高级认知的大多数脑区。细胞数量最少的群之一是一种被称为室管膜细胞的神经元支持细胞,它会产生环绕大脑和脊髓的液体。

  下一步,曼诺希望能确定发育的大脑中不同细胞群的位置。“目前的图谱是一张分子图,告诉你哪种细胞相似,哪种细胞不同。”他说,“现在,我们想看看这些细胞在大脑中的位置。”

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