十二月18,2018

分散大脑的扩散性指导分子

描绘了发育中的蝇脑中的不同区域(左)以及Slit-Robo和Netrin在抑制细胞混合中的作用(右)。信用:金泽大学

大脑不同区域之间的边界对于大脑功能至关重要。迄今为止的研究表明,位于细胞膜上的分子机制,例如细胞粘附分子,负责调节边界的形成。具体地,Slit和Netrin是可扩散的指导分子,其调节细胞的吸引和/或排斥。接收狭缝或Netrin的细胞从其来源中被击退。然而,还已知一些细胞被Netrin吸引。金泽大学的佐藤诚及其同事在 科学 这些可扩散的分子对于果蝇大脑边界形成至关重要。

成年蝇脑的视觉中心可以源自幼虫蝇脑的两个部分,即内部增殖中心(IPC)和外部增殖中心(OPC)。胶质 分开IPC 和OPC神经元(图1)。 IPC和OPC分开保持可确保它们产生不同的大脑区域。

Netrin在被两个受体接收时才有效 Fra和Unc5。为了检查Netrin的作用,研究人员使用了基因编辑功能,并在幼虫视觉中心使其失活。发现这些苍蝇的IPC神经元穿透了OPC,OPC神经元和细胞的分布被破坏。 (图3)。在Fra和Unc5灭活的果蝇中也观察到了相同的效果。同样,Slit与受体Robo结合时会变得活跃。狭缝或机器人的失活导致相似的边界缺陷。

研究人员还发现,在IPC和OPC神经元中表达的Netrin被位于IPC和OPC之间的神经胶质细胞中表达的Fra和Unc5接受。相反,在神经胶质细胞中表达的裂隙被在IPC和OPC中表达的Robo所接受(图1)。

这些独特的发现很重要,因为引导分子不同于作用于细胞膜的分子。但是,很难想象这些引导分子如何控制边界形成。因此,佐藤和他的团队建立了Slit和Netrin功能的数学模型,并证明了这些指导分子确实可以调节边界的形成。

模拟了神经元和神经胶质细胞之间Slit和Netrin与其各自伙伴的交换。由胶质细胞产生的缝隙总是排斥神经元。但是,鉴于Netrin具有吸引力和排斥性,那么Netrin的功能如何?他们模型的关键思想是神经元产生的网蛋白浓度低时会吸引神经胶质细胞。但是当它的浓度高时,它变成驱蚊剂。该模型表明,神经元与神经胶质细胞之间的吸引与排斥之间的平衡调节了不同 区域(图2)。因此,该报告在多细胞生物中建立了可扩散的指导分子与边界形成机制之间的联系。

研究小组总结说:“由于这些信号通路从昆虫到哺乳动物在进化上是保守的,因此它们在建立组织边界中的作用在整个物种中也可能得到保守。”对这些新途径的阐明为预防诸如人类之类的高等物种的大脑中结构性和功能性畸变铺平了道路。抑制细胞混合还有助于保持有毒细胞,例如 ,从侵害健康的人。

更多信息: Takumi Suzuki等人的Netrin Signaling定义了果蝇视觉中心的区域边界, 科学 (2018)。 DOI:10.1016 / j.isci.2018.09.021

由...提供 金泽大学

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