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Cell:揭示神经发育过程中的关键基因

来源:生物360 / 作者:koo / 2013-10-13

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Cell:揭示神经发育过程中的关键基因

我们能够感知热、触摸、挠痒和其他的感觉,有赖于我们的感觉神经。

现在,来自爱因斯坦医学院(Albert Einstein College of Medicine)的科学家首次确定了一种基因编排了发育过程中发生的极其重要的神经纤维分支过程。相关研究论文刊登在了近期出版的《细胞》(Cell)杂志上。

该研究将焦点放在了感觉神经的树突上。研究人员将树突分支称之为‘乔木’(arbors)。它们的形成对于感觉神经能够正确地收集信息,抽取环境样本至关重要。这些乔木在外形和复杂性上差异极大,反映出它们接收了不同类型的感觉输入信息。树突复杂性丧失与许多的神经系统疾病相关,包括阿尔茨海默氏症、精神分裂症和自闭症谱系障碍。

2003 年人类基因组计划完成,其揭示了人类包含有大约 20, 500 个基因,并确定了每个基因的 DNA 序列。但对于其中许多基因在机体内的功能仍然未知。新发现的基因就属于这一“从前未知功能”的范畴。事实上,这一基因是属于在所有生物体中均不知道功能的一类基因。

研究像线虫一类的模式生物是了解基因功能的一种途径。线虫包含有与人类相似数量的基因,但却只有 956 个细胞,其中 302 个是神经细胞。通过敲除或突变线虫基因,观察其效应,研究人员能够了解一些基因影响动物结构或生理学的机制。

在这项最新研究中,科学家们正在寻找组织发育神经系统结构的基因。他们将焦点放在了一对叫做 PVD 神经元的线虫感觉神经元上,它们共同生成了线虫中最大的神经元树突网络——这一感觉网络几乎覆盖线虫的整个皮肤表面,检测疼痛和极端温度。

研究人员怀疑在皮肤中有一个基因发挥作用“引导”了附近的树突分支,于是他们开始着手鉴别负责的基因。为了找到它,研究人员在线虫中诱导了随机突变,挑选出那些显示 PVD 树突分支缺陷的线虫,随后确定了造成分支缺陷的基因突变。

研究人员此后进行了漫长的遗传筛查。筛查结果揭示同一基因的4种突变引起了 PVD 树突分支缺陷。研究人员证实,这一基因在皮肤中表达生成了一种胞外蛋白,在发育过程中触发了 PVD 树突正常分支。 PVD 神经元树突分支曾被描述与烛台相似,因此科学家们将这一基因命名为 mnr-1,将它的蛋白质命名为 Menorin 或 MNR-1。

mnr-1 基因新发现的编排树突分支的功能,可能并不局限于线虫。从最简单到最复杂的多细胞动物,包括人类中都存在这一基因的版本。经过数百万年的进化以这种方式保留下来的基因,往往是维持生命必不可少的基因。

进一步的研究发现,在皮肤中合成的 Menorin 是促进 PVD 树突分支的必要而非充分条件。Menorin 蛋白似乎与 SAX-7/L1CAM 形成了一种复合物。众所周知,SAX-7/L1CAM 是一种存在于线虫皮肤和其他部位的细胞粘附蛋白。研究人员发现的证据表明,当这两种蛋白构成的复合物被生长感觉树突上的受体分子 DMA-1 感知时,会随之发生树突分支。

研究人员指出,在感觉神经元中已知相当数量的因子调控了树突分支。但直到现在,科学家对于对5种感觉功能至关重要的、控制感觉树突模式的外部信号几乎一无所知。研究人员希望他们成功找到两种皮肤源性的编排树突分支的信号,将帮助确定在其他感觉器官和大脑中相关的信号。发现这样的信号有可能促成新的疗法替代损伤或疾病耗损的树突分支。

原文检索:

Yehuda Salzberg, Carlos A. Díaz-Balzac, Nelson J. Ramirez-Suarez, Matthew Attreed, Eillen Tecle, Muriel Desbois, Zaven Kaprielian, Hannes E. Bülow. Skin-Derived Cues Control Arborization of Sensory Dendrites in Caenorhabditis elegans. Cell, 10 October 2013; DOI:10.1016/j.cell.2013.08.058

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