隨著受精卵的分裂，最初未分化的細(xì)胞承擔(dān)特定的功能，隨著不同組織和器官的出現(xiàn)而變得更加明顯。了解數(shù)百種不同的細(xì)胞類型是如何產(chǎn)生的已被證明是困難的，主要是因?yàn)榭茖W(xué)家們?nèi)狈﹄S著時間的推移捕捉細(xì)胞決策的技術(shù)。
最近的進(jìn)展使研究人員能夠測量單個細(xì)胞基因活動的變化，因此幾個小組開始詳細(xì)研究特定大腦區(qū)域中特化細(xì)胞類型是如何形成的。然而，到目前為止，還沒有人追蹤整個發(fā)育中大腦的基因表達(dá)模式。
現(xiàn)在，EPFL 研究人員和他們在瑞典卡羅林斯卡研究所的合作者第一次繪制了胚胎細(xì)胞在成熟大腦中遵循的遺傳和發(fā)育軌跡圖。研究主要作者、EPFL 神經(jīng)發(fā)育系統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人 Gioele La Manno 表示，該分子圖譜不僅可以幫助更好地了解健康和患病的大腦，還可以改進(jìn)神經(jīng)退行性疾病的細(xì)胞替代療法等治療方法。研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。
為了隨著時間的推移監(jiān)測單個細(xì)胞的決策，La Manno 和他的同事每天分析小鼠胚胎從受精后第 7 天到出生的大腦樣本。結(jié)合強(qiáng)大的測序技術(shù)和數(shù)學(xué)方法，研究人員從所有大腦區(qū)域獲得了大約 290,000 個單個細(xì)胞的基因表達(dá)譜，以及近 800 個細(xì)胞“狀態(tài)”，其中包括不同細(xì)胞的發(fā)育程序，包括神經(jīng)元和神經(jīng)元支持細(xì)胞。
隨著神經(jīng)元祖細(xì)胞的成熟，它們停止增殖并分化成許多不同的神經(jīng)元。研究人員追蹤了這種多樣性的出現(xiàn)，并描述了不同大腦區(qū)域的原始神經(jīng)細(xì)胞(稱為神經(jīng)母細(xì)胞)出現(xiàn)的時間。在小鼠中，第一批神經(jīng)母細(xì)胞出現(xiàn)得早，在胚胎發(fā)育的第 9 天之前——這大致對應(yīng)于人類妊娠第一個三個月的開始。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些先驅(qū)神經(jīng)元參與感覺和運(yùn)動功能。“首先要做的事情之一是設(shè)置運(yùn)動和感覺功能，因?yàn)槿绻悴患霸缭O(shè)置這些功能，以后建造通往外圍的‘高速公路’將變得更加困難，”拉曼諾說。
研究人員還發(fā)現(xiàn)了特定類型的神經(jīng)元祖細(xì)胞，稱為組織者放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，其作用是通過產(chǎn)生分子信使來指導(dǎo)鄰近細(xì)胞的發(fā)育，幫助確定大腦中各種特化細(xì)胞類型的位置。“如果大腦是一個管弦樂隊(duì)，組織者放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞將是指揮者，”拉曼諾說。研究小組發(fā)現(xiàn)，這些放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的分子信使種類比科學(xué)家們想象的要多。
該分析還使研究人員能夠識別不同大小的細(xì)胞群，某些細(xì)胞群的細(xì)胞數(shù)量是其他細(xì)胞群的 100 倍。最大的群體之一似乎是前腦中的興奮性神經(jīng)元，該區(qū)域包括大多數(shù)參與高階認(rèn)知的區(qū)域。確定的最小種群之一是一種稱為室管膜細(xì)胞的神經(jīng)元支持細(xì)胞，它產(chǎn)生圍繞大腦和脊髓的液體。
拉曼諾希望這個大腦圖譜中包含的豐富信息可以幫助識別與神經(jīng)發(fā)育狀況相關(guān)的基因，并確定腦癌中惡性細(xì)胞的起源。他說，該圖譜還可以作為評估實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中干細(xì)胞產(chǎn)生的腦組織的參考。為了幫助其他人研究具有醫(yī)學(xué)意義的細(xì)胞和組織，研究人員將該圖譜作為可瀏覽的網(wǎng)絡(luò)資源公開提供。
標(biāo)簽： 腦細(xì)胞
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