2020年10月9日

研究老年的大脑可塑性

信用:Pixabay / CC0公共领域

神经元关键时期是生命的有限阶段,在此期间神经连接的可塑性达到最大,大脑的发育适应环境。比萨高等师范学校和耶拿莱布尼兹老龄研究所(FLI)的研究人员发现,在这些依赖于学习的可塑性阶段中,小microRNA(miR-29)的作用。幼鼠中miR-29浓度过早升高会阻止皮质可塑性,而成年动物中miR-29的阻断会诱导年轻敏感阶段的典型可塑性。表明miR-29是年龄依赖性的发育可塑性调节剂。

产后发育 出生后的特征是具有临时功能的高可塑性窗口(关键或敏感期)。在这些阶段中,大脑的某些区域会通过几个成熟和分化过程进一步发展,其中神经元连接会迅速创建并增加大脑的可塑性。婴儿的自然语言习得是这种敏感阶段的最著名例子。

神经元可塑性赋予我们的大脑一生适应新需求的能力。但是,这通常在成年大脑中受到限制,因此学习过程比较费力。识别手机和 通过与意大利莱布尼兹老龄研究所–德国耶拿的弗里茨·利普曼研究所(FLI)以及其他合作伙伴合作,打开和关闭了与衰老相关的敏感阶段,研究人员位于意大利比萨的Scuola Normale Superiore(SNS)研究了小鼠视觉皮层的可塑性。

视觉皮层的可塑性

该研究的资深作者说:“视觉皮层中的神经网络在敏感的发育阶段最大程度地适应了视觉刺激。这使我们能够确定大脑可塑性的重要调节剂。” EMBO报告,SNS的Alessandro Cellerino教授和耶拿FLI的相关小组负责人,以及佛罗伦萨大学和比萨NRC的神经科学研究所的Tommaso Pizzorusso教授。一种范例认为,眼支配地位的可塑性会随着年龄的增长而被动地消退。然而,越来越明显的是,可塑性水平是由年龄和经验相关的分子过程的协调作用来设定的,这些分子过程可以积极地促进或抑制电路的可塑性。

“视觉皮层回路是视觉系统的一部分,能够实现视觉,在视觉过程中表现出强大的可塑性 Cellerino教授解释说,“但是后来,通过分子制动来稳定链接的过度适应超出了关键时期。”然而,在从发育到成年的过渡过程中,协调这些因子表达的潜在机制仍然未知。

MiR-29-视皮层可塑性的年龄依赖性控制

为了确定调节视觉皮层产后发育的因素,研究小组分析了小鼠视觉皮层发育中的miRNA / RNA数据集。他们在不同的时间点进行了比较:P10,即出生后第10天以及紧接睁眼和敏感期发作之前的第10天,以及当小鼠皮质达到功能成熟时的P28。

他们的结果表明,microRNA家族miR-29是视皮层发育可塑性的年龄依赖性调节剂。 FLI / SNS的Cellerino教授解释说:“ miR-29a增加30倍,是敏感期中表达最高的miRNA。”在鱼类,小鼠和人类中,miR-29家族的调控非常保守。此外,miR-29调节的靶标中有一半以上随着年龄而下调,包括脑可塑性的关键调节剂。这表明miR-29a是下游发育过程的重要调节剂。

重塑可塑性

进一步的分析表明,年轻小鼠中miR-29a浓度的过早升高会阻止少年眼的优势可塑性,并导致早期出现神经周围网(PPNs)。 PPN是中枢神经系统中的专门结构,负责成人大脑中的突触稳定作用。在发育中的大脑和成年大脑中,它们在破坏可塑性和维持神经细胞之间现有的连接方面都起着至关重要的作用。

此外,研究人员能够证明,在成年动物中阻断miR-29a可以逆转miR-29a靶标的发育下调,并诱导一种眼部可塑性,在敏感阶段具有典型的可塑性生理和分子特征。

总而言之,现在在期刊上发布的数据 EMBO报告 提示miR-29a是可塑性断裂的重要调节剂,可促进年龄相关的视觉皮层连接的稳定。 miR29a是成熟神经网络的重塑剂的观察结果为miR-29a和其他miR-29家庭成员在衰老和脑损伤再生过程中促进脑可塑性打开了新的和有希望的治疗前景。

更多信息: Debora Napoli等。 MiR‐29协调成人视皮层中年龄相关的可塑性制动, EMBO报告 (2020)。 DOI:10.15252 / embr.202050431

期刊信息: EMBO报告

由...提供 莱布尼兹老龄化研究所

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