在成人大脑中新神经元的突触修剪和成熟中发现吃我信号

2022-03-30新闻资讯

脑神经元放电

小胶质细胞对新生神经元的突触修剪依赖于成人大脑中的磷脂酰丝氨酸。这种机制对于新生神经元的成熟至关重要。

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由名古屋市立大学医学科学研究科和国立生理科学研究所脑科学研究所教授泽本和信和名古屋市立大学医学院四年级学生Chihiro Kurematsu领导的研究小组阐明了控制成人大脑中新神经元突触修剪的机制。

在哺乳动物的大脑中,即使在出生后也存在神经干细胞,并且会产生新的神经元。随着这些新神经元的成熟,它们与现有神经元形成称为突触的连接,以创建功能性神经回路。为了使大脑正常发育和发挥作用,维持适当数量的突触很重要,但调节突触数量的机制尚未完全清楚。存在于神经细胞附近的称为小胶质细胞的细胞在这一过程中发挥着重要作用。小胶质细胞可以“吃掉”(吞噬)死细胞,并且在发育过程中也会消化额外的突触。然而,尚不清楚成人大脑中的新神经元如何在成熟过程中消除额外的突触。

成人大脑中被小胶质细胞吞噬的突触脊柱

电子显微镜图像的三维重建显示一个新神经元(粉红色)的突触棘(蓝色),它与另一个神经元(浅蓝色)形成突触,被成年小鼠嗅球中的小胶质细胞(绿色)吞噬。图片来源:© 2022 Kurematsu 等人。最初发表在《实验医学杂志》上

Sawamoto 的小组专注于磷脂酰丝氨酸 (PS),这种分子通常存在于细胞膜内,但存在于死细胞或发育中的突触的外表面,在那里它被小胶质细胞识别。首先,研究人员使用电子显微镜详细检查了小胶质细胞,并观察到小胶质细胞实际上吞噬了突触。接下来,他们检查了 PS 的定位,发现 PS 在成年小鼠大脑的突触处暴露在细胞膜外,尤其是在不太活跃的突触处。

“为了研究小胶质细胞 PS 检测是否对成年大脑中的突触修剪和正常神经元成熟很重要,我们需要看看当 PS 在成年小鼠中被掩盖时会发生什么,”Sawamoto 说。

最后,他们生成了转基因小鼠,其中细胞膜外的 PS 被蛋白质掩盖,并观察了小胶质细胞和突触。结果,他们发现在这些小鼠中,小胶质细胞不能正确地吃掉突触,导致留下额外的突触。此外,这些小鼠的神经元表现出电生理异常。这些结果表明,小胶质细胞对新生神经元的突触修剪在成人大脑中是 PS 依赖性的,并且这种机制对于新生神经元的正确成熟很重要。

最近的研究表明,在新生儿期,人脑中也会产生新的神经元,小胶质细胞突触修剪被认为对出生后的大脑发育很重要。

“我们希望在脑部疾病小鼠模型中研究 PS 依赖性突触消除将导致开发针对人类病理状况的新治疗策略,例如自闭症,其中观察到小胶质细胞和突触密度异常,”Kurematsu 说。

该研究的全部结果发表在 《实验医学杂志》上

参考文献:

“小胶质细胞在成年神经元成熟中进行磷脂酰丝氨酸依赖性突触修剪”,作者:Chihiro Kurematsu、Masato Sawada、Masaki Ohmuraya、Motoki Tanaka、Kazuya Kuboyama、Takashi Ogino、Mami Matsumoto、Hisashi Oishi、Hiroyuki Inada、Yuri Ishido、 Yukina Sakakibara、Huy Bang Nguyen、Truc Quynh Thai、Shinichi Kohsaka、Nobuhiko Ohno、Maki K. Yamada、Masato Asai、Masahiro Sokabe、Junichi Nabekura、Kenichi Asano、Masato Tanaka 和 Kazunobu Sawamoto,2022 年 3 月 17 日,《实验医学杂志》
: 10.1084 / jem.20202304

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除了泽本和信和红松千寻之外,本研究论文的共同作者还包括来自名古屋市立大学、国立生理科学研究所、兵库医学院、爱知发育障碍中心、胡志明市医药大学的研究人员, Pham Ngoc Thach 医科大学、国立神经科学研究所、自治医科大学、德岛文理大学、名古屋大学和东京药学与生命科学大学。

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