科学家培育出类似小脑的三维脑组织

2019-05-28 作者:技术文章   |   浏览(168)

美国圣犹达儿童研究医院的一项研究显示,在学习与记忆脑区的正常发育中,一种名为Prox1的基因扮演关键角色,能确保产生新的颗粒细胞,而颗粒细胞对形成新的记忆是必须的。Prox1基因在人的整个一生都保持活性,且对哺乳动物意义重大。研究首次详细解释了Prox1基因在脑区中的功能,论文发表在8月17日的《公共科学图书馆・生物卷》上。 研究目标集中于大脑中的海马齿状回,这里控制着记忆和学习功能的形成,也是颗粒细胞下层的发源地,神经干细胞在这里分化成颗粒细胞。在齿状回区域,神经干细胞不断产生前体细胞,最终分化成神经元。 Prox1是一种转录因子。早期的研究提出,在齿状回生长过程中Prox1基因被表达,它在某些癌症中也起一定作用。最新研究详细解释了Prox1基因在脑区中的功能,就像一个基因开关。 在成熟哺乳动物的大脑齿状回中,神经干细胞从具有无限潜能的原初母细胞,经过中间代初级细胞,变成更特化的颗粒细胞,在此阶段,Prox1活性很强,它由中间代初级细胞产生。但缺乏Prox1会导致中间代初级细胞死亡,没有这些中间代初级细胞,新的颗粒细胞也无法产生。 实验中,研究人员在老鼠生长的不同阶段去除Prox1,齿状回就不能正常发育。关闭Prox1基因的表达,中间代初级细胞就消失了,成体神经干细胞继续分化成颗粒细胞,直到耗尽所有干细胞。而在神经干细胞中打开Prox1基因,干细胞由于提前分化,也会出现相似的耗竭。 在齿状回发育和神经形成过程中,有了Prox1基因,中间代初级细胞才能继续分化成颗粒细胞。论文第一作者、奥立弗实验室的博士后阿方索・拉瓦多说,中间代初级细胞中失去Prox1,它们的母细胞――神经干细胞也会消失。子细胞的存在对于母细胞的维持也是必须的,这一定程度上显示了Prox1和干细胞停止分化的信号反馈机制之间存在密切联系。 研究人员仍然在探索涉及的信号路径,论文作者圣犹达遗传学部的吉列尔莫・奥立弗博士说,Prox1的微小突变就可能引起与记忆和学习有关的问题。越多掌握大脑中信号路径的形成,就越有把握控制这一系统,从而促进或抑制分化程序。

干细胞研究的一个主要目标是用未分化的干细胞生长出组织,替换受损的身体部位。这对神经系统而言尤其困难,因为不仅要生成特殊类型的神经元,还要设法让它们按特殊方式连在一起。

jin2055金沙网站,日本理化学研究中心发育生物学研究所成功诱导人类胚胎干细胞自行组织,发育成一个类似于小脑的三维结构,有着恰当的背—腹式花纹和多层结构,与自然发育的小脑相同。研究成果发表在最近的《细胞·报告》杂志上,为探索实验室重建神经结构提供了重要线索。

研究人员详细介绍了如何按顺序利用几种信号分子,促使人类胚胎干细胞自组织,分化成三维的功能性小脑神经元。据每日科学网站1月30日报道,他们首先在特殊环境下用成纤维细胞生长因子2培养人类胚胎干细胞,在3周内使其定向分化为中脑/后脑区,这是小脑所在的位置;在5周内表现出小脑板神经上皮细胞的特征,这是小脑特有的发育神经系统。这些细胞还显出了定向发育成小脑中所有类型神经元的早期特征,包括浦肯野细胞、颗粒细胞或小脑深核投射神经元。

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