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神经元之间的排斥机制控制果蝇大脑结构

大脑的结构具有柱状特征,推测这些特征是由源自同一母细胞的神经细胞(神经元)产生的,最初形成放射状单元。然而,这个过程到底是如何在分子水平上展开的仍然无法解释。现在,Makoto Sato 和金泽大学的同事提出了一个重要的见解,他们展示了果蝇大脑中一种名为 Dscam 的基因如何调节来自一个谱系的神经元如何相互排斥,并将其轴突投射到不同的柱上。(轴突或神经纤维是神经细胞的长突起,其功能是传导电信号。)这一发现证实了“径向单位假说”,其作用机制是姐妹神经元之间的谱系依赖性排斥。

研究人员首先观察了髓质中神经元生长的进化,髓质是果蝇视觉系统的一部分,具有柱状结构。它的发育与哺乳动物大脑中的大脑皮层相似;它涉及产生径向定向和克隆相关神经元组的神经母细胞(神经干细胞样细胞)。佐藤及其同事记录了姐妹神经元(即源自同一神经母细胞并形成径向单元的神经元)之间以及轴突对之间的距离。根据获得的距离数据,科学家们能够得出结论,姐妹神经元经常相互排斥——这一观察结果与柱的形成一致。佐藤及其同事将这一过程称为“谱系依赖性排斥”。

实现谱系依赖性排斥的机制必须在于源自同一神经母细胞的子神经元“记住”其共同母神经母细胞的身份。Sato及其同事提出了蛋白质Dscam1参与其中的解释。Dscam1 可以产生近 20,000 种变体,但当两个相同的 Dscam1 分子结合时,它们会产生排斥信号,已知该信号可控制某些树突过程中的自我回避——树突是神经细胞的分支状延伸。推理是,源自同一神经母细胞的子代神经元产生相同的 Dscam1 变体,因此相互排斥,而不同谱系的神经元表达不同的 Dscam1 变体,这些变体不会相互排斥,并且可以投射到同一列。

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