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    遺傳發育所揭示下丘腦神經元多樣性的起源

    2021-05-07 遺傳與發育生物學研究所
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      哺乳動物的下丘腦由功能復雜的核團構成。作為中樞神經系統最復雜的腦區之一,下丘腦神經元類型高度多樣化,通過調控自主神經、內分泌和行為以控制哺乳動物的內穩態。過去對下丘腦的研究主要集中在神經元環路和功能,但學界對下丘腦發育過程中復雜的譜系命運變化關系、神經元多樣性的起源所知甚少。

      中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員吳青峰團隊結合譜系追蹤和單細胞測序技術,繪制了下丘腦的動態發育圖譜,并重構了從放射狀膠質細胞(RGCs)、中間前體細胞(IPCs)、新生神經元到肽能神經元的下丘腦發育譜系樹。研究表明,RGCs能夠進行多潛能分化,并產生兩群Ascl1+和Neurog2+ IPCs。有別于大腦皮層中的IPCs,下丘腦Ascl1+IPCs也顯示出命運雙向性,能夠同時產生谷氨酸能(興奮性)和GABA能(抑制性)神經元。此外,該研究還識別出29類由獨特的轉錄因子、神經遞質和/或神經肽組合編碼的神經元亞型,解析了這些神經元的空間定位和命運決定子調控網絡,并且發現新生的神經元能夠進一步分化為多種肽能神經元,進一步產生命運多樣化。最后,對下丘腦RGC的克隆分析也證明單個RGC能夠分化成多種神經元亞型。

      該研究提供了單細胞水平的下丘腦發育網絡,表明發育譜系樹上的多個細胞類型逐級推進和放大,產生了命運多樣化的神經元亞型,即級聯放大模型可用于解析下丘腦神經元多樣性的起源;并且在不同譜系等級上都用群體譜系追蹤法進行了驗證。該研究為下丘腦發育的未來研究指明了方向,將有助于理解下丘腦的動態發育過程及高度多樣化的神經元的命運決定,為治療厭食、嗜睡、失眠等神經系統疾病提供研究基礎和新思路。

      相關研究成果在線發表在Cell Stem Cell上(DOI:10.1016/j.stem.2021.03.020)。吳青峰組博士生張宇虹、許鳴銳、石翔、孫雪蓮和博士后穆文輝為論文的共同第一作者,吳青峰為論文通訊作者。教授何苗、姚明澤等參與了相關工作。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中科院戰略性先導科技專項、北京市科學與工程學院技術委員會的支持。

    級聯放大模型解析下丘腦神經元多樣性的產生起源

    打印 責任編輯:張芳丹

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