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神经系统修补“树枝”的机制

2016-02-24

当很小的胚胎开始在子宫内发育,我们就开始了许多神经元材料的构建和连接,在发育期间机体会明显切断许多过多的东西,包括丛神经细胞中切掉许多神经细胞的分支(轴突)以及整个神经元;长期以来科学家们推测是否剔除或维持轴突是通过轴突本身来调节的,而不是通过形成轴突的细胞体来调节的;近些年来大量研究都聚焦于这种假设的证实。

近日发表于Cell上的一项研究成果中,来自洛克斐勒大学的研究人员就发现,细胞体(cell body)可以主动控制轴突的退化,同时研究者还阐明了允许轴突大范围沟通的分子细节。研究者报道说,特殊指令会告诉发育胚胎的轴突是否存活或死亡,这是一项特殊的发现,当轴突感知到“求救信号”时,即缺失神经生长因子(Nerve Growth Factor)时,其就不能做出自身退化的决定了,实际上轴突可以向细胞体发送信息,随后细胞体就会将自己的决定反馈给轴突。

某些轴突的生存依赖于局部环境中神经生长因子的存在,因为神经生长因子存在于距离细胞体远端的轴突尖端位置,因此科学家很难想象到细胞体在轴突的退化过程中扮演着中枢角色,本文研究证实,需要死亡的所有细胞机器都存在于轴突中,然而轴突则需要来自细胞体的信息才能够知道什么时候进行退化。

研究者Tessier-Lavigne及其同事进行了一系列实验流程,首先切断小鼠神经元中细胞体和轴突之间的连接,当他们移除神经生长因子并且模拟求救信号时,该信号就会告知神经元轴突需要退化,随后研究者发现,仅仅是残存地同细胞体进行连接的神经元才会采取这样的方式;当轴突从细胞体中分离后,引发轴突退化的细胞过程就不会开启。当神经生长因子水平降低后,细胞体就会激活一种产生Puma蛋白的基因的表达,该蛋白存在于细胞体中,并且同细胞死亡直接相关,研究者推测,一旦Puma蛋白被激活,其就会诱发细胞内信息的发送从而指导轴突死亡。

对于神经学家而言,发现细胞体可以协调轴突退化信号或许是一种新型发现,而且该发现也具有一定的生物学意义;当轴突仅仅检测到周围环境中的信号时,细胞体就会接收来自不同方向的跟多种生长状况相关的线索,比如本文中研究者就利用感觉神经元进行实验,结果发现,基于神经生长因子的直接缺失,轴突并不能做出死亡的决定。

该研究对于科学家们后期研究轴突退化的机制具有一定的意义,在某些神经变性疾病中,受影响的神经元会采取与正常胚胎发育期间相同的驱动轴突裁剪的相同通路;最后研究者指出,如果我们可以发现一种方法来干预Puma蛋白的表达,那么这或许具有一定的神经保护特性,从而来潜在地帮助神经元免于退化死亡。