科学家发现吊灯细胞之间的区域差异

大脑由不同的区域组成，这些区域在功能角色和细胞结构上各不相同。例如，海马体是一个众所周知的区域，它参与记忆和功能障碍的疾病，如阿尔茨海默氏症，而新皮质涉及功能，如感知，意识和语言。海马体只有一层弯曲的细胞层，而新皮层有六层堆叠的细胞层。在细胞水平上，尽管它们共享抑制性中间神经元(INs)和兴奋性主神经元(PNs)的典型类型，但在多大程度上，不同大脑区域的一种单一类型在基因表达、轴突形状、连通性和发育起源方面表现出相似性仍是很大程度上的未知。

为了解决这个问题，马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所(MPFI)的研究小组组长Hiroki Taniguchi博士实验室的研究人员利用了一种称为INs的独特类别吊灯的细胞。顾名思义，这些神经元具有独特的枝形吊灯状形状。最重要的是，当它们的轴突伸展并连接到邻近的细胞时细胞，它们几乎总是在那个神经元上的相同位置——轴突的起始部分——而不是其他地方。这些强大的抑制性连接控制着数百个邻近的兴奋性神经递质的输出。这些典型的特征和吊灯细胞都存在于海马体和大脑皮层使它们成为研究单一典型神经元类型区域差异的理想模型。

为了可视化大脑中不同类型的细胞，研究人员通常需要遗传途径来获取该细胞——即只能在枝形吊灯细胞上表达感兴趣的基因，而不能在邻近的神经元上表达。几年前，谷口发明了一种研究新皮层枝形吊灯细胞的方法，但要想接触到海马体中的这些细胞仍然是难以捉摸的。谷口实验室的两位博士后研究员Yugo Ishino博士和Michael Yetman博士追随他的脚步，不辞辛苦地筛选分子，直到他们发现了一种在海马枝形细胞中可靠表达的分子——钙粘蛋白6。幸运的是，一个小鼠模型已经存在，使该团队能够利用这种基因表达，并使用它来比较两个细胞群。

现在有了比较这两个种群的能力，研究小组发现，海马体中的吊灯状细胞比新皮层中的轴突扩大了两倍，并且产生了两倍于其他细胞的连接。此外，在胚胎发育期间，海马吊灯细胞比新皮质细胞早出生几天。最后，研究小组在海马细胞中发现了一种名为calretinin的基因，这种基因在新皮质细胞中没有表达，这表明这些细胞也有可能表现出不同的功能特性。

科学家们想知道是什么因素决定了这些细胞特征的区域差异。这些特征是由细胞生命之初设定的基因预先决定的吗?还是他们“成长”的环境有更大的影响?

为了回答这个先天与后天的问题，研究人员提取了可以在海马体中生长成枝形吊灯细胞的细胞，并将它们移植到新皮质中;提取了可以生长成新皮质枝形吊灯细胞的细胞，并将它们移植到海马体中。每个细胞最终都有了新邻居的特征，这意味着它们生长的环境强烈地影响着这些细胞的命运。

Taniguchi解释说，这些结果表明，不同大脑区域的典型神经元类型的精细修饰可能有助于它们的功能多样化。未来的研究应阐明区域环境控制神经元表型变异的分子和细胞机制。

随着MPFI Taniguchi实验室开发的新的海马吊灯细胞的遗传途径，神经科学家可以开始询问这些细胞在学习和记忆回路中的功能。通过控制这些海马吊灯细胞内特定基因的能力，可以对癫痫和精神分裂症等疾病进行更细致的研究，这些疾病都与这些神经元有关。

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