2022年8月15日功能
对支撑皮层神经元发育的调节机制的新见解
大脑皮层是哺乳动物大脑中涉及复杂运动功能、感觉知觉和认知的区域，其中的神经元可能具有非常不同的质量和特征。这些神经元是在胚胎发育过程中形成的，它们的特性和功能在出生后不断进化。
过去的许多神经科学研究都调查了脑的形成和发展大脑皮层神经元．然而，到目前为止，这些研究都不能清楚地定义它们出生前后逐渐成熟的调节机制。
哈佛大学、布罗德研究所、麻省理工学院(MIT)、马克斯·普朗克精神病学研究所和欧洲其他研究所的研究人员最近对大脑皮层单个细胞进行了深入的综合单细胞表观基因组学和转录分析大脑老鼠和绒猴。他们的研究结果发表在自然神经科学对控制新皮层中不同类型细胞早期和晚期发育的调控策略有了新的认识。
“我们想了解大脑皮层的神经元，大脑中负责熟练运动功能的区域，感官知觉进行这项研究的研究人员之一Paola Arlotta告诉MedicalXpress。“我们研究这些过程已经近20年了，我们最近的研究为这个谜题增添了另一块拼图。”
为了进一步了解支撑皮层神经元发育的调控策略，Arlotta和她的同事使用不同的最先进的技术和遗传方法进行了几项分析。这些方法允许他们定义基因它们在不同年龄的个体神经元中优先表达。
研究小组分析了不同年龄的老鼠和绒猴的大脑皮层神经元。在这些不同的年龄，神经元处于不同的发育阶段，因此它们具有不同的特征。
“我们观察了多个年龄，当神经元在做不同的事情时，比如出生或与其他神经元连接或作出反应环境刺激阿洛塔解释道。“我们还研究了调节这些基因产生的基因组区域是否在某个年龄存在。这使我们能够确定基因是否活跃，以及控制它们的机制是什么。我们观察了时间和物种。”
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小鼠皮层各层的特写，显示不同层的兴奋性神经元特征，它们连接着皮层和不同的大脑区域:上层的胼胝体投射神经元表达CUX1(蓝色)，主要连接着皮层的其他区域;表达CTIP2(绿色)的大脑下投射神经元，最常见的是第五层，接近皮层的中间，主要连接到皮层外的大脑区域;以及表达TLE4(红色)的皮质丘脑投射神经元，它们在深层最常见，主要与丘脑相连。图片来源:Daniela Di Bella。 -
老鼠大脑的一个切片，显示一个半球的皮层覆盖在海马体(左下)和纹状体(右下)上。不同皮层层的兴奋性神经元将皮层连接到不同的大脑区域:上层的胼胝体投射神经元表达CUX1(蓝色)，主要连接到皮层的其他区域;表达CTIP2(绿色)的大脑下投射神经元，最常见的是第五层，接近皮层的中间，主要连接到皮层外的大脑区域;以及表达TLE4(红色)的皮质丘脑投射神经元，它们在深层最常见，主要与丘脑相连。图片来源:Daniela Di Bella。
研究人员进行的单细胞表观基因组学和转录分析产生了一些有趣的发现。最值得注意的是，Arlotta和她的同事们发现，在神经元生命的早期，大约在它们出生的时候，皮层使用“更简单”的调节策略来调节它们的基因。
“事实证明，这种调节机制被身体中的其他类型的细胞更广泛地使用，甚至在大脑之外，在进化过程中是保守的;就像以前用过的剧本一样，”阿洛塔说。“然而，后来，当神经元连接并对环境线索做出反应时，它们会使用更‘复杂’的调节机制，这似乎是大脑所独有的;就像一个新的剧本，需要描述神经元生物学的一些更动态的方面。”
这组研究人员最近的工作表明，随着皮层神经元的发育和成熟，大脑皮层神经元会发生变化大脑皮层在老鼠和绒猴中，大脑适应了它调节基因的策略。在他们的论文中，Arlotta和她的同事认为，这种调节机制的时间变化可能反映了新皮层中发生的不同发育事件的独特进化约束。
“我喜欢这样思考我们的发现:控制脑细胞产生的机制的进化变异性可能在某种程度上是被控制的，最有可能的原因是这一过程中的错误不容易被容忍，”Arlotta补充道。“然而,当神经元需要连接和动态适应环境，那么对他们有利的是，在基因调控空间中有更多的自由度，以允许更复杂和可能不可预测的功能结果。”
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