自然选择是如何在细胞水平上控制大脑的大小

我n自然有机体或物种之间的生存竞争是一项基本的进化力量,像达尔文的自然选择理论所描述的那样。同样,在多细胞生物中,竞争之间的相互作用也会发生细胞,创建一个单元选择机制,消除了不适合细胞在局部组织环境。

在发表的一项研究细胞发育吴教授,一群由庆丰研究所的遗传学和发育生物学(IGDB)中国科学院显示细胞的存在之间的竞争在神经发育神经祖细胞(npc)。

细胞最初描述的竞争果蝇希内斯Morata教授,1975年被广泛地研究了生物模型在过去的五年。然而,在哺乳动物细胞竞争的存在和意义知之甚少。

吴和他的团队系统地调查潜在的监管机构、空间属性、分子特征、机制和生理作用的细胞npc之间的竞争。除此之外,开辟新的途径促进神经健康和大脑健康,这项研究还可能建立一个重要的实验范式质问细胞竞争神经发育过程中,神经退行性疾病。

探讨细胞npc之间的竞争,研究人员首先开发了一个新的遗传马赛克感应和克隆策略跟踪基于既标签系统。这种方法使研究者能够诱导基因在npc镶嵌性,允许npc携带不同的荧光蛋白,在发育连续跟踪细胞的命运。

使用这种方法,他们发现了两个关键的监管者,Axin2 p53,参与推动信息竞争互动。具体来说,Axin2-mutant干细胞被淘汰,甚至吞没,而p53-deficient干细胞马赛克环境中接受克隆扩张,成为赢家的细胞。

确定细胞自然竞争发生在大脑发育的过程中,研究人员收集了超过1000个鼠脑克隆标签的npc和研究使用短期和长期沿袭跟踪他们的命运。

结果显示细胞生态层次结构,其中10%的增生性npc收益率为30% -40%的后代神经元,而底部10%生产的npc只有1%对大脑神经元的-2%。值得注意的是,干细胞被淘汰在早期发育阶段没有机会贡献任何成人细胞器官。

获得更深层次的认识,研究人员产生表型、基因型和transcriptotype-dependent数据集通过单细胞和散装RNA序列,开发一个失败者签名评分系统和失败者细胞的分子特征识别。应用评分系统显示个别npc的失败者的地位与Axin2表达水平负相关,但与激活p53呈正相关信号通路以及应激反应和蛋白质折叠。

因为细胞固有的微分表达式竞争驱动是什么触发npc的竞争互动和自然选择,研究者确定改善细胞竞争减少的表达这些驱动程序相同的水平。他们的研究结果表明这种操纵引起显著增大大脑尺寸和神经元的数目显著上升,在开发过程中指示否则不适合干细胞的生存。

这项工作论述了司机,性质、分子特性和生理功能的细胞竞争的背景下,神经干细胞/祖细胞在神经发育早期。内源性细胞的识别npc之间的竞争提供了基本依据理解神经元的发育起源的脆弱性以及改善大脑健康。

这项工作还突显出细胞竞争调节哺乳动物器官的生理作用大小。识别这个角色一直是一个重大挑战尽管多年的研究,特别是因为大多数细胞模型实验诱导的竞争。

参考:太阳XL,陈,郭X, et al。干细胞竞争由Axin2-p53轴控制在小鼠大脑尺寸发展。Dev细胞。2023年。doi:10.1016 / j.devcel.2023.03.016

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