《Neuron》与《Nature》同期抢发：哺乳动物上丘脑细胞的谱系追踪地图

　　哺乳动物大脑中的上丘通过感知我们的环境承担了许多重要的任务。这个大脑区域发育过程中的任何错误都可能导致严重的神经紊乱。奥地利科学技术研究所(ISTA)的Giselle Cheung和同事们现在首次描绘了构成上丘的神经细胞的谱系和起源。他们的研究结果发表在《Neuron》杂志上。

　　

哺乳动物大脑中的上丘通过感知我们的环境承担了许多重要的任务。这个大脑区域发育过程中的任何错误都可能导致严重的神经紊乱。ISTA的科学家Giselle Cheung和他的同事们现在第一次描绘了构成上丘的神经细胞的谱系和起源。他们的研究结果已经发表在《Neuron》。

大脑中的细胞也有自己的家族——伴随着家族的所有好处和包袱。在一个人类家庭中，你的祖先在基因层面上影响你的身体，并通过你的成长、教育和关系影响你的社会生活。对于细胞来说，它们的谱系——也被称为谱系——决定了它们的身份，以及它们如何在我们发育中的大脑中相互作用和联系。

奥地利科学技术研究所(ISTA)希本迈耶研究小组的博士后Giselle Cheung与来自Shigemoto和Siegert小组、CeMM分子医学研究中心和维也纳医科大学的同事一起，现在解开了神经元和胶质细胞的家族关系，这是上丘的两种主要细胞类型。他们的研究结果发表在《Neuron》杂志上，提供了对这一大脑区域形成的破坏如何导致自闭症和注意力缺陷多动障碍(ADHD)等神经发育障碍的见解。

Cheung教授解释说:“哺乳动物大脑中的上丘接收感觉信号，尤其是来自眼睛、耳朵甚至触觉的信号。它处理这些信号并触发反应，例如，眼睛或整个头部的无意识运动。它也在保持专注方面发挥作用。虽然它是跨物种大脑的重要组成部分，但我们对它从胚胎到成人的发育仍然知之甚少。”

和其他器官一样，大脑和它的一部分上丘也是由胚胎中的干细胞发育而来的。干细胞进一步分裂和特化，最终产生每个器官所需的各种细胞类型。现在，Cheung和她的同事们第一次通过绘制上丘神经干细胞的谱系图，揭示了上丘神经干细胞的复杂过程。

“我们发现上丘的发育方式与大脑其他区域不同，”Cheung教授讲述了她自六年前加入ISTA以来一直从事的研究结果。“例如，大脑某些区域的干细胞分裂需要数周才能产生所有神经元，而上丘的干细胞在几天内就能迅速完成任务。与此同时，上丘中的神经干细胞保留了产生任何类型神经元的能力，直到最后。这种非凡的能力与大脑许多部位的干细胞形成了鲜明的对比，在干细胞中，它们只专门制造特定的神经元群，例如，兴奋性或抑制性神经元群。在我们的研究中，我们发现这两种神经元可以由同一个干细胞同时产生。”

这并不是Cheung和她的同事们唯一的新发现。他们还发现，在发育过程中，上丘的分层结构并不是像之前认为的那样一层接一层地形成的，而是同时形成的。他们还报告说，一部分神经干细胞在形成神经元后会继续产生神经胶质细胞，这种行为在大脑的其他部位也能观察到。

“我们所有的发现都显示了上丘神经干细胞的非凡潜力，这是我们以前所不知道的，”ISTA研究小组负责人Simon Hippenmeyer补充说。“这些结果帮助我们了解发育如何影响上丘神经元的组织和潜在功能，最终影响整个大脑。我们进一步研究了支撑这些发育过程的分子机制。”

在揭示了上丘发育过程中发生了什么之后，研究人员还测试了当他们去除神经干细胞中一种叫做Pten(磷酸酶和紧张素同源物)的关键基因时会发生什么。科学家怀疑突变的Pten基因是导致自闭症的因素之一，并且已经表明它与大头畸形(大脑和头部肿大的异常发育)有关。

与这项研究的其他部分类似，Cheung和她的同事使用了一种称为双标记马赛克分析(MADM)的技术。MADM允许他们标记和观察单个干细胞的所有后代，使它们发出不同的荧光颜色。同时，Pten基因在子细胞的一个分支(用绿色标记)中被移除，但在另一个分支(用红色标记)中保持完整。通过这种方式，科学家们可以追踪并比较在存在或不存在功能性Pten基因的情况下产生的脑细胞。

研究人员发现，在没有Pten基因的情况下，与Pten功能正常时相比，上丘产生了更多的抑制性神经元。“我们首次证明了Pten基因的功能在这个大脑区域建立适当的细胞类型平衡中起着作用，”Hippenmeyer补充说。“我们认为，上丘这种平衡的破坏可能会导致感觉信号处理的缺陷，这可能解释自闭症和多动症等疾病。”

考虑到细胞的家族血统，Cheung补充说，她计划不久在英国的独立实验室开展未来的研究项目，“我的科学生涯，就像大脑的细胞一样，在很大程度上受到了我的家庭、导师和机构的塑造和大力支持。这段有益的旅程一直激励着我去探索基因如何塑造上丘的不同方面，并为理解各种疾病做出贡献。”

为了全面了解基因在器官(如大脑)发育过程中的作用，有必要在小鼠体内研究它们的功能。没有其他方法，如体外或计算机模型，可以作为替代。这些动物的饲养、饲养、治疗和安乐死都严格按照奥地利法律的规定进行。ISTA的机构伦理和动物福利委员会根据良好的科学实践准则和国家立法讨论并批准了实验程序。杂

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