小鼠丘脑图谱揭示神经元身份如何形成

西班牙研究人员绘制了胚胎小鼠丘脑的详细多组学图谱，重建了这一重要脑区中的神经元细胞类型如何在发育过程中形成。

这项发表于Nature Neuroscience的研究由神经科学研究所团队领导，该研究所是西班牙国家研究委员会与埃尔切米格尔·埃尔南德斯大学的联合中心。研究考察了发育中的丘脑细胞如何沿不同路径获得专门化身份。

研究还确定基因Sp9是正确建立视觉神经元身份的关键调控因子。这一发现将特定遗传因素与视觉处理细胞的发育联系起来，并为研究丘脑形成提供了更细致的框架。

关键的中继与组织中心

丘脑常被描述为传入信息与大脑皮层之间的中继，但其作用更广泛。它整合感觉信号，并参与感觉地图的组织。丘脑的多个核团包含具有感觉、运动和联络功能的专门化神经元群。

这些核团如何在胚胎发育中形成，以及哪些因素决定神经元身份，一直是核心问题。新图谱通过追踪发育轨迹并识别与细胞分化相关的遗传程序，回应了这些问题。

研究人员报告称，感觉神经元以及与运动和联络功能相关的神经元，在非常早期就开始沿不同发育路线前进。这种早期分化很重要，因为它表明丘脑的功能组织根植于成熟回路形成之前就已启动的发育程序。

多组学图谱增加了什么

这种图谱结合多层生物信息，比单一测量更完整地描绘发育中的细胞。研究并未把胚胎丘脑视为未分化组织，而是重建了祖细胞分裂并产生新细胞、最终形成不同神经元群体的路径。

资料称，这是首个胚胎小鼠丘脑多组学重建。它使研究人员能够考察特定细胞类型如何出现、不同发育状态如何关联，以及哪些遗传程序伴随分化。

这一点很重要，因为丘脑并非由一种均一神经元组成。其核团包含与不同任务相关的专门化群体。理解这些群体如何产生，是解释丘脑后来如何处理感觉信息、参与运动功能和支持联络加工的前提。

发育路径的早期分离

研究的核心发现之一，是与感觉功能相关的神经元和与运动、联络功能相关的神经元，在早期就呈现不同发育轨迹。这说明丘脑发育具有早期组织逻辑。

图谱可以让研究人员追踪这些身份的形成，而不只是观察最终细胞类型。这对发育神经科学很有价值：成熟脑区能显示有哪些神经元，但发育重建可以揭示它们如何形成，以及沿途哪些基因表达程序处于活跃状态。

这项工作得益于两个实验室的合作：由 Guillermina López-Bendito 领导的感觉回路发育、可塑性与重编程实验室，以及由 José López-Atalaya 领导的细胞可塑性与神经病理学实验室。合作使研究人员能够重建细胞轨迹，并研究与分化有关的遗传程序。

Sp9 与视觉神经元身份

研究人员还指出，Sp9是正确建立视觉神经元身份的关键调控因子。研究相关图像显示，在胚胎发育期间实验性降低 SP9 活性后，处理视觉信息的丘脑区域细胞分布发生改变。

这一观察为图谱提供了实验依据。它不仅是发育细胞的参考地图，也有助于识别哪些基因活动对特定神经元身份的建立至关重要。在本研究中，改变 SP9 活性影响了与视觉处理相关区域的细胞组织。

研究没有将这一结果延伸为临床结论。研究对象是胚胎小鼠丘脑，其直接贡献是基础脑发育研究。不过，识别引导神经元分化的分子程序，可以为研究正常发育过程及其可能受损的方式提供更清晰的起点。

发育神经科学资源

丘脑处于大脑信息流动和组织的核心，但其发育涉及多个核团和专门化细胞群。多组学图谱可以成为研究人员比较细胞类型、追踪发育阶段或测试候选基因功能的参考。

新研究通过重建轨迹而非只呈现一个快照，强调神经元身份是由一系列发育决策建立的。感觉、运动和联络神经元并非作为完成的类别突然出现，而是在胚胎组织中沿不同程序形成。

图谱还加强了丘脑主动组织感觉地图的证据，而不是仅作为被动中继。其内部多样性在发育期间形成，研究揭示的遗传程序有助于解释这种多样性如何出现。

目前，这项研究提供了高分辨率的发育资源，并确定了一个视觉神经元身份的重要调控因子。其更广泛的价值在于支持未来更精确地研究丘脑神经元如何形成、专门化，并成为支持感知、运动和联络的回路一部分。

本文基于 Medical Xpress 的报道。阅读原文。