基因云馆新一代信息数据库

知识决定起点,智慧带来突破,欢迎使用新一代生物学、医学数据库。

云馆首页 > 资讯文章 > 信息资讯 > 文章详情

Cell惊人发现颠覆神经学传统认知

来源/作者:alax   发表时间:2016-04-13 10:25:48  
分享到:   

编辑推荐:

  过去,神经科学家们将神经胶质细胞看作是神经细胞一个至关重要但却被动的助手。现在Shai Shaham领导洛克菲勒大学发育遗传学实验室的科学家,累积了令人信服的证据证实:这一细胞类型在大脑中发挥了比以往认为的要更积极、更动态的作用。

 

我们一半以上的大脑都是由神经胶质细胞(glial cells)组成,像电缆的塑料套管隔绝内部的铜线一样,神经胶质细胞环绕着神经纤维隔绝它们,使得能够更快速地传导电脉冲和化学脉冲。过去,神经科学家们将神经胶质细胞看作是神经细胞一个至关重要但却被动的助手。现在Shai Shaham领导洛克菲勒大学发育遗传学实验室的科学家,累积了令人信服的证据证实:这一细胞类型在大脑中发挥了比以往认为的要更积极、更动态的作用。

Shaham的实验室在《细胞》(Cell)杂志上报告称,神经胶质细胞可以通过一种从前未知的分子信号通路与特异的神经末梢互作来控制它们的形状。“在神经系统中,形状就是一切。神经元选择的形状表明了它会连接哪些其他的神经元,甚至这些连接的强度。但我们对于决定形状的机制却所知甚少。”

使用多种语言的细胞

在这项研究中,论文的第一作者、Shaham实验室博士后Aakanksha Singhvi在秀丽隐杆线虫中研究了环绕12个神经元神经末梢的一个神经胶质细胞,其中包括响应温度的神经元——温度感应神经元,以及一些响应气味的神经元。研究人员想知道这一神经胶质细胞是如何正确地调控这些神经元的形状的。他们发现神经胶质细胞利用了不同的分子机制来控制它所环绕的每种神经元细胞类型的形状。

Singhvi说:“令人惊讶地是,神经胶质细胞会使用多种语言,它们以不同的方式与不同的神经元互作。”

Singhvi和同事们发现,神经胶质细胞表达了一种离子转运蛋白KCC-3,KCC-3特异地表达于靠近温度感应神经元而远离其他神经元的细胞表面。通过这种方式它影响并维持了温度感应神经末梢的形状,而没有影响它环绕的其他神经末梢。

研究人员还发现,除了温度感应神经元的形状,KCC-3还影响了它的功能。通常,线虫可以“记住”培育它们的温度。如果给予成体线虫选择的机会,它们会寻求相似的微温点。但当科学家们改造线虫使得体内的KCC-3无法发挥作用时,这些动物不会迁移到它们最喜欢的培育温度。

Shaham说:“神经胶质细胞有可能直接塑造了神经功能并非是一个新观点。我们的研究结果提供了直接的证据证实情况确是如此。”

研究人员发现,局部离子浓度可以影响神经末梢的形状。他们证实,KCC-3调节了氯离子的细胞外水平,随后控制了神经元的形状和功能。他们进一步确定了神经元中活性受到氯离子控制的蛋白,氯离子操控了细胞的骨架,赋予了神经末梢形状。

以往无人知道神经胶质细胞通过特定离子与神经元通讯调控了它们的形状,研究人员推测神经胶质细胞或许实际上能够使用离子来塑造许多神经元类型的形状和功能。

临床意义

KCC-3表达于我们的耳朵、视网膜和许旺细胞(Schwann cell)中。携带KCC-3基因突变的人会罹患感觉神经病,导致手足刺痛、疼痛、麻木或软弱。这一蛋白还存在于中枢神经系统的神经胶质细胞中,其他的研究表明它的功能有可能与一些神经元形状缺陷疾病,包括亨廷顿氏病和癫痫有关。

神经末梢形状的形成和维持对于学习与记忆极为重要,形状紊乱与包括痴呆、神经分裂症和阿尔茨海默氏症等神经元疾病相关。在近期发表于Cell Reports杂志的另一项研究中,Shaham和实验室博士后Sean Wallace证实,神经胶质细胞控制了线虫中许多神经末梢的形状,表明仍有其他的形状信号通路有待发现。

发现神经胶质细胞通过在它接触一种特定神经元的部位表达一种离子转运蛋白可以调节神经末梢,为研究开辟了许多新的途径。如果证实它是神经胶质细胞选择性影响特定神经元的一种广泛使用机制,就可以操控它来达到治疗目的。

神经胶质细胞也称胶质细胞,是神经系统中除了神经元以外的另一大类细胞。在中枢神经系统主要包括星形胶质细胞、少突胶质细胞、小神经胶质细胞、室管膜细胞以及管周膜细胞等。在外周神经系统包括许旺细胞、卫星细胞。

神经科学家们长期以来一直认为,中枢神经系统中神经元周围的神经胶质细胞所形成的瘢痕组织,在大脑或脊髓损伤后阻碍了受损神经细胞再生。因此,毫无疑问研究人员便认为,如果他们能找到一种方法除去或阻碍瘢痕组织,受损神经元或许就可以自行修复。由加州大学洛杉矶分校的科学家们领导的一项Nature新研究现在表明,这一臆断有可能阻碍了对脊髓损伤修复的研究。

发表在2016年2月18日Science杂志上的一项研究指出,成年小鼠大脑中的一些神经元塑造了附近星形胶质细胞的一些特征和生理。加拿大麦吉尔大学的研究人员和同事们,鉴别出由神经元分泌的一种叫做sonic hedgehog (Shh)的分子信号促成了这些改变。

来自瑞典隆德大学和Karolinska研究所的研究人员,揭示出了中风后大脑生成新神经细胞的一种从前未知的机制。他们的研究结果发表在2015年10月10日的Science杂志上。通过追踪诱导中风的小鼠,研究人员证实称作为星形胶质细胞的支持细胞,在大脑的损伤部位启动形成了神经细胞。

推荐原文摘要:

A Glial K/Cl Transporter Controls Neuronal Receptive Ending Shape by Chloride Inhibition of an rGC

Neurons receive input from the outside world or from other neurons through neuronal receptive endings (NREs). Glia envelop NREs to create specialized microenvironments; however, glial functions at these sites are poorly understood. Here, we report a molecular mechanism by which glia control NRE shape and associated animal behavior. The C. elegans AMsh glial cell ensheathes the NREs of 12 neurons, including the thermosensory neuron AFD. KCC-3, a K/Cl transporter, localizes specifically to a glial microdomain surrounding AFD receptive ending microvilli, where it regulates K+ and Cl− levels. We find that Cl− ions function as direct inhibitors of an NRE-localized receptor-guanylyl-cyclase, GCY-8, which synthesizes cyclic guanosine monophosphate (cGMP). High cGMP mediates the effects of glial KCC-3 on AFD shape by antagonizing the actin regulator WSP-1/NWASP. Components of this pathway are broadly expressed throughout the nervous system, suggesting that ionic regulation of the NRE microenvironment may be a conserved mechanism by which glia control neuron shape and function.

联系方式

山东省济南市 高新区 崇华路359号 三庆世纪财富中心C1115室

电话: 0531-88819269

E-mail: product@genelibs.com

微信公众号

关注微信订阅号,实时查看信息,关注医学生物学动态。