前沿科技 | 中科院等科學家合作研究揭示丘腦核團發生的時空調控機制

中樞神經系統主要由層狀結構和核團結構組成，人們對于包括大腦皮層在內的層狀結構形成機制了解較多，而對核腦結構所依賴的發育機制了解較少。丘腦由數十個空間上排列復雜的核團構成，對感覺信息的傳遞和大腦皮層的功能都具有至關重要的調節作用。之前的研究通過群體水平的譜系追蹤確定了丘腦投射核團中的神經元主要來自于pTH-R和pTH-C兩個神經前體區，但是丘腦神經前體細胞如何產生神經元并組成丘腦各個核團的機制仍不清楚。

中國科學院科學家團隊——遺傳與發育生物學研究所吳青峰研究組聯合美國明尼蘇達大學、賓夕法尼亞大學，用單細胞克隆分析法對丘腦核團發生機制展開研究。使用三種不同CreER驅動子小鼠結合報告基因小鼠MADM（基于雙標記的馬賽克分析）系統在克隆水平上追蹤丘腦神經前體細胞譜系。研究發現如下：第一，丘腦神經前體細胞隨著時序的推移，發生了從對稱性增殖性分裂向不對稱性神經發生性分裂再到對稱性神經發生性分裂的轉換；第二，每個神經前體細胞所產生的子代神經元群（又稱為克隆）分布于多個核團中而不是單一的核團，對稱性分裂所產生的克隆比不對稱性分裂所產生的克隆要跨越更多的核團；第三，更重要的是，具有相似空間位置的神經前體細胞所產生的克隆往往分布于一組特定的核團群中。而且功能不同的核團群在起源上并沒有發生完全的隔離，而神經前體細胞所編碼的空間信息才是決定核團生成的關鍵因素；最后對中間前體細胞的單克隆分析顯示中間前體細胞只能產生2-4個神經元，相當一部分的姐妹神經元并沒有分布于單個核團中，而是遷移到不同的核團中執行不同的功能，表明姐妹神經元的命運不完全相同。此研究為破解核團結構的組織原則奠定了深厚的基礎。

該研究于4月23日在線發表于PLOS Biology雜志上（DOI:10.1371/journal.pbio.2005211），文章題目為In Vivo Clonal Analysis Reveals Spatiotemporal Regulation of Thalamic Nucleogenesis。該研究主要由明尼蘇達大學教授Nakagawa、遺傳發育所研究員吳青峰和黃政豪等共同完成實驗和分析。遺傳發育所穆文輝與郭曦澤參與了數據分析。該研究得到國家自然科學基金、中科院先導專項A和分子發育生物學國家重點實驗室的支持。

圖：丘腦神經前體細胞的分裂模式與丘腦克隆群的空間位置分布

（來源：中國科學院）

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