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发现干细胞分化为大脑皮层各区域的遗传机制

大脑皮层是大脑最大最复杂的组成部分,哺乳动物——尤其是人类,具有高度发达的大脑皮层。虽然已知组成大脑皮层的神经元最初都是由干细胞分化而来,并且不可逆地形成大脑皮层各个不同区域,但干细胞分化成各类神经元的机制一直是科学界还未解开的谜团。

In the brains of normal mice, the six-layered neocortex-indicated by the red marker and shown in the upper right corner-is located adjacent to the three-layered olfactory cortex-indicated by the bright green marker, which also labels layer 5 of the neocortex. If the Lhx2 is missing during a critical period, the neocortex is transformed into olfactory cortex.

 索尔克生物研究所的科学家在一篇发表于10月11日《Nature Neuroscience》杂志上,首次发现关于上述问题的遗传机制。他们发现,LIM同源结构域转录因子Lhx2(LIM homeodomain transcription factor Lhx2 )在某一关键期能够决定干细胞分化的命运。

胚胎时期的大脑发育经历着不同的阶段:从万能干细胞(omnipotent stem cells)到大脑皮层祖细胞(cortical progenitor cells),最终分化为不同的功能区。在神经形成(neurogenesis)早期,神经上皮细胞(neuroepithelial cells)通过对称分裂,形成神经上皮细胞库,然后分化为放射状胶质细胞(radial glia),该细胞分化形成的神经元组成大脑各个功能区的灰质(gray matter)。

之前有研究发现生长因子Fgf10控制着神经上皮细胞向放射状胶质细胞的分化时间。而在接下去的分化方向上,研究人员猜测,同源结构域转录因子Lhx2起着重要的作用。为了验证该假设,研究人员在老鼠胚胎干细胞不同发育阶段剔除Lhx2。

研究发现,当神经上皮细胞分化为放射状胶质细胞过程中剔除Lhx2,新大脑皮层转化为嗅觉皮层。而比上述试验晚一天进行的试验中,并未出现上述转化结果。该研究结果表明,Lhx2控制着干细胞向嗅觉皮层的方向分化。(编译:高芳)

参阅文献:
1. Shen-Ju Chou, Carlos G Perez-Garcia, Todd T Kroll & Dennis D M O'Leary. Lhx2 specifies regional fate in Emx1 lineage of telencephalic progenitors generating cerebral cortex. Nature Neuroscience, 2009; DOI: 10.1038/nn.2427

责任编辑:nina
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    摘要
    大脑皮层是大脑最大最复杂的组成部分,哺乳动物——尤其是人类,具有高度发达的大脑皮层。虽然已知组成大脑皮层的神经元最初都是由干细胞分化而来,并且不可逆地形成大脑皮层各个不同区域,但干细胞分化成各类神经元的机制一直是科学界还未解开的谜团。
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