血脑屏障发育的重要信号

之所以重要层保护大脑和脊髓的细胞——血脑屏障——或多或少渗透一直是神经科学的更神秘的问题。

理解障碍是如何工作的,允许或阻止某些物质已经从疾病进展的关键影响药物输送。

现在,哈佛医学院的一项新研究,7月11日发表在细胞发育,使科学家们更近了一步计算出来。

在斑马鱼和小鼠,研究小组发现,一个信号来自神经元至关重要的基因的正确形成血脑屏障在胚胎发育期间,帮助确保屏障在成年后仍然完好无损。

如果复制在进一步的动物实验,最终在人类,这一发现可以帮助科学家控制血脑屏障的通透性。在这一过程中,研究人员可以开发更有效的方式提供癌症或精神病药物进入大脑和更好的策略应对屏障损害引起的神经退化或中风。

遵循科学

血脑屏障是由紧密交错细胞,内皮细胞,和星形胶质细胞-支架血管周围的周的大脑和脊髓构成中枢神经系统。在一起,这些细胞形成一个分层,半透膜选择性地允许在营养和小分子,同时保持了有害物质。

“在正常的日常生活,你需要一个血脑屏障来保护你免受入侵血液中的毒素和病原体,”主要作者解释道娜塔莎O 'Brown系统生物学研究研究员HMS 9月开始她的罗格斯大学实验室。

在神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症的,或中风,障碍开始分解,使中枢神经系统容易受到感染。另一方面,不渗透性的障碍提供了一个障碍药物传递到大脑。

几十年来,科学家们已经知道,血脑屏障的通透性是控制的部分细胞周围环境——被称为“微环境”。然而,这些附近的细胞的基因在很大程度上仍然是一个谜。

研究人员不知道,一个主要线索是在实验室里游泳在鱼缸内部的资深作者肖恩Megason系统生物学教授HMS Blavatnik学院。

O 'Brown研究一种叫做mfsd2aa,当突变,使血脑屏障在斑马鱼成为漏水的整个大脑。然而,她注意到一些斑马鱼有屏障渗透的前脑、中脑,但完整的后脑。

“这观察我的兔子洞发现的基因,导致血脑屏障成为地区渗透,”她说。

一个新角色出现

O 'Brown进行对斑马鱼基因的屏幕,发现有针对性的障碍与突变年代pock1——基因的名字让人想起《星际迷航》的角色,但在其它方面则不熟悉她。

在一系列的实验中在斑马鱼和小鼠,O 'Brown证实spock1突变导致血脑屏障成为渗透在一些地区,而不是其他人的。她也看到了spock1表示在整个视网膜神经元,大脑和脊髓,但不是在细胞本身构成障碍。

在后续的实验中,动物的spock1突变有更多的囊泡,细胞间泡沫可以携带大分子跨血脑屏障-内皮细胞。他们也有一个较小的基底膜,蛋白质网络发现内皮细胞和周之间的障碍。细胞RNA分析显示spock1引起基因表达的变化在血脑屏障内皮细胞和周中,但不是在大脑中的其他细胞类型。当O 'Brown注射一剂人类SPOCK1蛋白质在斑马鱼的大脑,它恢复了50%左右的血脑屏障功能修复pericyte-endothelial细胞在分子水平上的相互作用。

基于这些发现,研究人员得出结论,Spock1蛋白质由神经元前往血脑屏障,在启动适当的形成障碍的发展,帮助维持屏障。

”Spock1是一个强有力的分泌神经信号,能够促进和引导这些血管屏障属性;没有它,你不会得到一个功能性血脑屏障,”O 'Brown说。“这就像火花煤气炉,程序提供了一个线索,告诉屏障打开。”

完成这幅画

这项研究增加了越来越多的研究由著名生物学家的血脑屏障成化年间顾HMS的神经生物学教授、霍华德•休斯医学研究所研究员和新论文的作者。她的实验室研究细胞贩运系统这似乎对血脑屏障通透性通过Mfsd2a,探索微环境的其他方面这可能是参与。日积月累,工作是为科学家提供越来越完整的血脑屏障功能。

获得这完整是至关重要的,研究人员试图操纵的渗透屏障。药,他们常常想要更多的渗透屏障,所以治疗已知有效的癌症或精神障碍可以到达大脑,做他们的工作。帕金森氏症和老年痴呆症等神经退行性疾病或情况下像中风,科学家想扭转相关恶化的血脑屏障,使中枢神经系统容易受到外部的攻击。

O 'Brown指出,spock1是一个特别有吸引力的目标控制血脑屏障的属性,因为它是守恒的在人类和作为细胞屏障层的高层监管机构在开发过程中。

她现在想探讨不同血统的周障碍的不同影响spock1信号。她还想测试中风模型、管理spock1可以对抗中风对血脑屏障的影响。

“这不是科学家们发现第一个神经信号,但它是第一个从神经元的信号,似乎专门监管障碍性质,”O 'Brown说。“我认为这是一个强有力的工具,试图切换开关。”

参考:O 'Brown NM, Patel NB哈特曼U,克莱恩,顾C, Megason SG。分泌神经信号spock1促进血脑屏障的发展。细胞发育。2023:S1534580723003039。doi:10.1016 / j.devcel.2023.06.005

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