圖片來源：http://www./about-us/about-motor-neurons

就像許多夏爾巴人引導(dǎo)登山者爬上險(xiǎn)峻的喜馬拉雅山脈到達(dá)山頂一樣，神經(jīng)系統(tǒng)也依賴于精確的時(shí)間和位置指引來引導(dǎo)神經(jīng)軸突——實(shí)現(xiàn)線狀投射——成功到達(dá)他們?cè)隗w內(nèi)的目的地。 

現(xiàn)在，Salk 研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元如何通過獲取方向指引，以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜的細(xì)胞環(huán)境中導(dǎo)航，同時(shí)過濾掉不適當(dāng)?shù)闹噶钜员苊饷月贰?這些研究發(fā)現(xiàn)于2019年3月19日發(fā)表在 Neuron 雜志上。

“在由20000個(gè)基因控制的神經(jīng)系統(tǒng)中有100萬億個(gè)連接，其中大約10個(gè)基因家族已知參與控制軸突投射。我們想了解大自然是如何來連接宇宙中最復(fù)雜的生物機(jī)器的聰明的遺傳系統(tǒng)，"Salk研究所的 Samuel Pfaff 教授說，他是 Howard Hughes 醫(yī)學(xué)研究所研究員。 "因此，我們開始研究運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是如何找到與身體肌肉的聯(lián)系，這些聯(lián)系對(duì)我們的大腦將信息傳遞給肌肉，以允許其運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。"

大腦控制著數(shù)百種不同的肌肉，以實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)。 在發(fā)育過程中，脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元將其軸突延伸到中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外，以與身體中的肌肉細(xì)胞連接。 每個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元都依賴于一組基因來確保軸突在肌肉中正確生長(zhǎng)。

"在廣義上，我們希望通過識(shí)別參與異常運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)育的基因，可以更好地理解細(xì)胞信號(hào)在癌癥等其他環(huán)境中的復(fù)雜性，"第一作者 Dario Bonanomi 說，他曾是 Pfaff 實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，現(xiàn)為 San Raffaele Scientific 研究所的研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人。 "這項(xiàng)工作不僅向我們展示了神經(jīng)系統(tǒng)是如何發(fā)展的，還展示了更普遍的細(xì)胞是如何在體內(nèi)溝通、移動(dòng)和創(chuàng)造結(jié)構(gòu)的規(guī)律。"

為了找到對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元軸突引導(dǎo)起重要作用的基因，研究小組進(jìn)行了基因篩選，并設(shè)計(jì)了小鼠模型，使用綠色熒光蛋白觀察運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)情況。 然后，研究小組追蹤軸突，看看什么時(shí)候做出了正確和不正確的增長(zhǎng)決定。 

通過這種軸突追蹤，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)軸突走錯(cuò)路線的基因突變。 在基因突變的情況下，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元軸突繞道而行，從來沒有正確地連接到肌肉。

左圖：運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（綠色）離開脊髓（紅色）并進(jìn)入身體周圍以與肌肉連接。 

右圖：沒有 p190 指導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（白色箭頭）被困在脊髓內(nèi)。

經(jīng)過更深入的研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元爬上了脊髓的邊緣，而不是按原定計(jì)劃離開脊髓，以達(dá)到它們的目標(biāo)肌肉。 研究小組將導(dǎo)致這種有害突變的基因定位為 p190，之前已知 p190 在癌癥抑制中起作用，但在發(fā)育過程中，其并未涉及神經(jīng)元連接的建立。

研究人員進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)來研究 p190 如何影響軸突離開脊髓。他們發(fā)現(xiàn)，盡管軸突通常被脊髓中的一種叫netrin 的蛋白質(zhì)所吸引，但在很短的時(shí)間內(nèi)，p190 就會(huì)起到眼罩的作用，因此軸突會(huì)無視 netrin 而被引導(dǎo)到脊髓外。在軸突安全地離開中樞神經(jīng)系統(tǒng)后，這個(gè)“眼罩”被移除。如果沒有p190，軸突就會(huì)被吸引到netrin 而不能正確地離開脊髓，所以不能與肌肉連接。

Pfaff，Benjamin H Lewis 補(bǔ)充道："這些結(jié)果深入探尋細(xì)胞間相互交流的不可想象的復(fù)雜的機(jī)制。"

研究人員說，下一步是研究 p190 的控制機(jī)制，以及哪些因素影響其時(shí)效活性。

文章來源：

· https:///news/2019-03-mountaineers-nerves-expert-guidance.html

· 索爾克研究所提供的材料

· 2019年3月22日

參考文獻(xiàn)：

Dario Bonanomi, Fabiola Valenza, Onanong Chivatakarn, Matthew J. Sternfeld, Shawn P. Driscoll, Aaron Aslanian, Karen Lettieri, Miriam Gullo, Aurora Badaloni, Joseph W. Lewcock, Tony Hunter, Samuel L. Pfaff. p190RhoGAP Filters Competing Signals to Resolve Axon Guidance Conflicts. Neuron, 2019; DOI: 10.1016/j.neuron.2019.02.034