单个脑细胞揭示基因控制形成、发展
在第一个研究中“读”的基因活动内部单个脑细胞,威斯康辛大学麦迪逊分校的神经学家鑫赵已经确定遗传机器,导致一个年轻的成熟神经细胞。来自海马细胞在研究与内存相关结构,是唯一在哺乳动物的大脑新的神经元的一生中可以形成。
新成立的海马的神经元被发现以来20多年前,科学家们已经发现了许多角色,他们在学习和记忆。然而,神秘继续围绕遗传控制调节的形成的结构和神经通信所需的化学物质,赵说。
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在1990年代,赵担任博士后与弗雷德规在加州索尔克生物研究所,突破性发现的在海马体的形成新的神经元。直到发现了这个“成年神经发生,”科学家认为大脑本质上必须与神经元在出生时获得的供应。
新神经元的供应有限,生长在海马体在整个寿命在内存中有一个角色,也许在退行性疾病的康复。
蓝色的v型结构是成人海马的一部分,在一生中产生新的神经元在大多数哺乳动物,包括人类。红色:新的、未成熟神经元。格林:成熟的神经元。信贷:余高,魏斯曼中心,威斯康星大学麦迪逊分校
赵,现在威斯康辛大学麦迪逊分校的神经科学教授,一直在探索成年神经发生困惑她的科学生涯的大部分时间。“在试图理解机制,调节成年神经发生,我也使用成年神经发生作为模型来研究大脑发育和发展的疾病,”她说。“在实验室的动物,成年神经发生提供了细胞的来源,可以告诉我们一个神经干细胞发展成一个十足的神经元如何。”
作为一个器官可能会非常复杂的大脑,“神经元有许多品种,”赵说,“和他们的基因活动变化,因为他们成熟。真正理解这个过程,我们需要知道哪些基因被激活,当。”
在研究中,一组神经元平均,将面具主要区别在不同的阶段。“当你观察单个细胞可以看到更多的信息比你在团体,”赵说。
想象描述黑脉金斑蝶。观察幼虫阶段,你会得出结论这是毛毛虫。看昆虫阶段,你会称它为一只蝴蝶。但你会得出什么结论看着毛毛虫和蝴蝶?
发展中神经元的情况更加混乱,赵说。“有很多不同类型的神经元,发展阶段也了解开发过程的关键。”
技术跨越这个障碍,可以分离出单个神经元可以提取的,所以他们的基因在2014年首次用于神经元。
年轻的成年老鼠的海马神经元,博士后研究人员于高和飞飞王(现在教师的一员在上海复旦大学)隔离84单一神经元,从神经干细胞分化before-meaning他们开始至少三天,但是没有完成,转换到一个成熟的神经元。
基因激活数据组装后,布莱恩Eisinger,另一个在生物信息学专业,博士后研究员进行密集的上升和下降分析成千上万的基因的活动。
单个细胞的基因激活配置文件显示,神经元的发展经历了四个阶段。但结果也显示了线索常见神经疾病的起源。
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首先,最活跃的基因与基因在干细胞阶段重叠明显与老年痴呆症和帕金森疾病。“我们惊讶的发现与干细胞的人生阶段是高度相关的基因在这些神经退行性疾病,”赵说。“我们不知道意义,但这些条件有可能比我们想象的更相关的干细胞损伤。”
第二,基因表现出在神经元活动增加了成熟与自闭症相关的基因重叠。这张照片是复杂的,赵承认,成千上万的自闭症基因在某些方面受到影响。
“这是一个探索性的分析可能会打开一个新窗口在理解复杂疾病如自闭症,”赵说。“想象一下,如果你意外看到一只美洲狮的爪子印在森林里。现在你会想知道狮子解释突然短缺鹿在森林里,但你不会知道直到你进一步研究。”
初中化学学生月桂Kelnhofer研究生艾米丽Jobe也导致了研究,发表在《华尔街日报》大脑皮层。
虽然论文使用单细胞分析的哺乳动物的神经元已经开始出现在去年,他们专注于大量的神经元,赵说。“我们是第一个单细胞分析adult-born新的神经元。我们面临的挑战是,这些都是稀缺的,所以我们不得不努力工作来优化细胞隔离程序。”
研究只能执行一个世界级的研究机构像威斯康辛大学麦迪逊分校,赵说。“综合癌症中心提供了细胞分选仪我们需要开始。魏斯曼中心,研究大脑发育机制,有最先进的共焦显微镜和早期的单细胞分析模型。生物技术中心的最新仪器RNA量化和超快的RNA序列。推进科学,我们需要所有这些仪器和科学家们知道如何运行它们。”
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出版
高Yet al。综合单细胞转录组揭示分子网络定义在产后神经新生神经元的成熟。大脑皮层,网上发布2016年3月17日。doi: 10.1093 / cercor / bhw040
