大脑发育之路：从胚胎干细胞到包含150亿个神经元的大脑皮层_风闻

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神经科学家们发现，随着时间的推移，新皮质干细胞会经历各种成熟状态，每一种成熟状态都会产生一种不同类型的神经元，正确神经元类型的产生与特定的蛋白质复合物有关.

                      

胚胎小鼠大脑皮层的共聚焦图像。绿色：干细胞，红色：中间祖细胞，白色：最终的神经元，蓝色：细胞核。

为了构建新皮质——一个涉及更高认知功能的大脑区域，干细胞产生了数十亿不同类型的神经元。

在一项最新的科学研究中，来自瑞士、比利时和奥地利科学技术研究所（IST）的神经科学家们发现，随着时间的推移，新皮质干细胞会经历各种成熟状态，每一种成熟状态都会产生一种不同类型的神经元，且正确神经元类型的产生与特定的蛋白质复合物有关。相关论文发表在《科学》杂志。

新皮质以其深深的“沟壑”和“山脊”形成了我们对人脑的概念。大脑外层只有几毫米厚，却包含着超过150亿个神经元，它们处理信息，以便我们有意识地体验和感知世界。

显然，如果在胚胎的新皮质发育过程中出现任何差错，就有可能引发与神经发育相关的功能障碍，包括自闭症或精神分裂症等精神疾病也有可能会发生。

然而，在发育过程中，神经干细胞是如何形成大脑皮层的，目前还不完全清楚。

不过瑞士日内瓦大学的Denis Jabaudon、比利时列日大学的Laurent Nguyen与奥地利IST研究小组的Simon Hippenmeyer教授一起为解析这个问题迈出了重要一步：了解皮质干细胞如何产生大量不同类型和功能的神经元的，正是这些神经元构成了成年神经元的多样性。

这项新的研究表明，发育中的神经干细胞在不同的时间点具有特定的基因表达（转录）程序。当干细胞依次经过不同的阶段时，它们将这些转录的“指纹”传递给它们的子细胞，也就是产生的神经元。

PRC2存在时正常的皮质发育（上图）与PRC2缺失时不规则的皮质发育 （下图）。不同的颜色代表不同的神经干细胞成熟阶段，不同时间点产生的神经元类型也不同。没有PRC2，干细胞成熟过快，因此产生的神经元数量太少，导致了小头畸形。

引人注目的是，在新皮质发育的不同阶段，干细胞似乎具有不同的性质和基因表达：在早期阶段，干细胞往往具有主要调控细胞内部过程的程序，如细胞周期控制。

相反，在晚期，干细胞拥有的基因表达程序越来越需要外部信号，从而与环境相互作用。

研究人员怀疑，特定的调控蛋白可能参与控制不同基因表达程序的时间依赖性激活。他们发现了一种蛋白质复合物——多梳抑制复合物2（PRC2），它只在早期干细胞中高表达，而在晚期干细胞中不表达。

关于PRC2是否真的能调控干细胞的时间依赖性成熟， 研究人员设计了实验来回答这个问题，他们通过使用遗传学方法，成功地消除了发育过程中神经干细胞中PRC2的活性，结果证明他们的假设是正确的。

分裂的祖细胞（红色）产生子细胞（绿色）。

PRC2的失活产生了严重的后果——干细胞无法正常成熟。在缺乏PRC2的情况下，干细胞似乎成熟得太快，因此在错误的时间窗内产生了错误类型的神经元。

更引人注目的是，产生的神经元总数也大幅减少，这导致了小型皮质的产生以及不正确的神经元细胞类型组成。

博士后学者Nicole Amberg说：“研究结果表明大脑发育非常敏感。我们现在对神经干细胞在皮质发育过程中如何产生正确类型和数量的神经元有了更清晰的认识，这有助于更好地理解人类大脑畸形和神经发育障碍的基本机制。”

◎编译 | 花花

◎审稿 |阿淼

◎责编 | 张梦

◎来源 | 《科学》

◎期刊编号 |0094-8276

◎原文链接：

https://medicalxpress.com/news/2019-05-brain-size-composition.html

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