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科学家发现了连接大脑大脑皮层的机制

由职训局弗林生物医学研究所教授迈克尔·福克斯(Michael Fox)领导的研究小组已经确定了产生胶原蛋白19的脑细胞类型,胶原蛋白19对大脑抑制电路的形成至关重要。这项发表在《神经科学杂志》上的研究描述了健康大脑发育背后未知的分子机制。

这一见解有一天可以帮助科学家为开发成熟或修复细胞网络并减轻疾病的新药物奠定基础。

神经元和神经胶质细胞是脑细胞中最丰富的类型。胶质细胞,特别是星形胶质细胞,称为星形胶质细胞,释放出支持健康突触(神经元之间化学通讯结构)生长和维持的信号分子。

然而,在这项研究中,福克斯(Fox)的团队发现一种中间神经元(一种能解释并传递从其他神经元发送的信息的细胞类型)产生大部分脑源性胶原19来刺激突触形成。

弗吉尼亚理工大学神经科学学院院长福克斯说:“在许多研究都在确定星形胶质细胞的神经元样作用的时候,我们已经发现了星形胶质细胞对神经元的意想不到的作用。”

在先前的研究中,福克斯的团队发现缺少编码19号胶原蛋白的基因的小鼠在位于大脑海马和新皮层的神经元细胞体周围表现出抑制性突触的丧失。在人类中,这些大脑区域参与认知功能,例如推理,语言,感知,记忆和学习。它们还被证明在小鼠的感知,记忆和学习中发挥作用。

这些大脑区域的神经元之间过度的兴奋性联系可以解释为什么具有这种基因突变的小鼠更容易发生癫痫发作和行为异常。该基因还与人类的神经精神疾病有关。特别是,据美国国家心理健康研究所称,有人认为该基因在人类中的丧失可能与精神分裂症的家族性病例有关,精神分裂症是一种折磨着超过200万美国人的脑部疾病。

但是福克斯(Fox)早期关于胶原蛋白19重要性的发现吸引了另一个问题:这种蛋白来自何处?

在这项新研究中,科学家使用核糖核酸(核糖核酸(RNA)的小片段,与RNA的互补片段结合)在正常小鼠,野生型和具有基因突变的小鼠中寻找不同的细胞类型标记。该方法揭示了大部分脑源性胶原蛋白19是由一种中间神经元产生的。

这种中间神经元类型是新皮层中最早形成的一种,并且在帮助周围突触回路成熟中发挥作用。在这种情况下,在这种类型的中间神经元释放胶原蛋白19分子后,这些蛋白质充当指示另一种丰富类型的中间神经元产生抑制性突触的信号。

福克斯说:“最初,当我们提出这个建议时,有人认为,一个神经元在不进行突触耦合时会影响另一个细胞的发育是牵强的。”

一个人的体重约有20%由胶原蛋白构成,胶原蛋白构成结缔组织的基质,结缔组织包裹着器官,肌肉和细胞结构。由于胶原蛋白的复杂分子结构,只有很小的遗传变异就可以改变蛋白质的形状,从而使胶原蛋白分子无用的浪费,细胞会破坏并回收零件。

胶原蛋白基因突变与一系列结缔组织疾病有关,但福克斯表示,它们在大脑中的研究还不足。

福克斯说:“让我对该项目感兴趣的是,我们对诸如胶原蛋白19的细胞外基质蛋白在介导健康回路形成中所起的作用了解得很少。” “当您上神经科学课的学生时,您经常会发现大脑中没有很多结缔组织,但是我们越来越发现这些细胞外基质蛋白的存在实际上似乎在为健康的大脑发育奠定基础。”

Fox的实验室计划通过努力开发新的方法来重新模拟疾病或受伤的大脑中抑制性突触的生长,以此为基础。该团队先前发现,源自这种胶原蛋白的一种小肽,matricyptin,足以促进缺乏胶原蛋白19的细胞中抑制性突触的生长。

福克斯说:“我们想将我们正在学习的关于这些回路如何发展为治疗方法的知识转化为现实。” “我们发现了一种在刺激抑制性突触形成中显示出某些希望的肽,并且正在研究使用它的方法。”

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