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Nature：是什么使脑细胞以特定的顺序发育
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@来源：神经生物学
图片:发育中的果蝇视觉系统的共聚焦显微镜图像，显示随着年龄的增长，干细胞表达不同的时间转录因子(显示为不同的颜色)。每个时间窗口的表达产生不同的神经元，从而产生神经元多样性。资料来源:纽约大学Desplan实验室，Isabel Holguera
人类的大脑由800亿个神经元组成。这些神经细胞在形式、功能以及与其他神经元连接形成神经网络方面有所不同。这种复杂性使得大脑能够执行许多功能，从控制语言和视觉到存储记忆和产生情绪。
虽然科学家已经发现了许多类型的神经元，但这种复杂性是如何在大脑发育过程中产生的，这是发育神经生物学和再生医学的一个核心问题。
“了解人类大脑是如何发育的，可以让我们在未来的实验室中重复这些发育过程，在培养皿中生成特定类型的神经元，并有可能将它们移植到患者体内，或者在活的有机体中触发神经干细胞来生成和替换缺失的神经元。”该研究的资深作者、纽约大学生物学西尔弗教授克劳德·德斯普兰说。
由于研究人类大脑是一项极其复杂的工作，研究人员依靠模型生物，如老鼠和苍蝇，来探索涉及大脑过程的复杂机制。在脊椎动物(如老鼠和人类)和无脊椎动物(如苍蝇)中，随着大脑的发育，不同类型的神经元会依次生成，特定类型的神经元会先生成，而其他类型的神经元则会由同一祖干细胞生成。
神经干细胞随着时间的推移产生不同神经元的机制被称为时间模式。通过表达不同的分子——被称为时间转录因子(ttfs)——在每个时间窗口调节特定基因的表达，神经干细胞产生不同的神经元。
在发表在《自然》杂志上的研究中，研究人员研究了果蝇的大脑，发现生成大约120种延髓神经元类型所需的完整的ttf，延髓是果蝇视觉系统中的一种特定的大脑结构。他们使用最先进的单细胞mRNA测序技术来获得转录组，转录组是在一个特定细胞中表达的所有基因，有超过50000个单个细胞，然后这些细胞被分成发育中的髓质中的大多数细胞类型。
研究人员将注意力集中在神经干细胞上，发现了一套完整的ttf，它们定义了这个大脑区域的不同时间窗口，以及控制这些不同ttf表达的遗传网络，这些ttf允许这种时间级联的进展。
“利用现有的抗体，在大脑的视觉系统中已经发现了几种ttf;我们已经确定了综合系列10 ttf可以指定所有神经元类型在这个大脑区域。”
然后，研究人员确定了允许时间级联进展的遗传相互作用，以及这种进展如何与延髓中所有神经元的“出生顺序”相关，将特定的时间窗口与特定类型神经元的生成联系起来。这种级联是必要的，以产生这个大脑区域的神经多样性在一个刻板的顺序。
“时间级联进展的损伤导致神经元多样性的减少，因此改变了大脑的发育，”纽约大学生物学系博士后研究员、该研究的第一作者之一伊莎贝尔·霍尔格拉(Isabel Holguera)说。
最后，研究小组检查了神经干细胞成熟为神经元过程中的第一步，这一阶段被称为神经元发育的分化阶段。他们发现果蝇神经元和人类皮层神经元的分化过程非常相似，在不同的分化阶段表达了相似的基因模式。
“我们的研究结果表明，理解果蝇神经元发育的机制可以帮助我们理解人类神经元发育的相同过程，”论文的第一作者之一安东尼·罗西(Anthony Rossi)说。
文章标题A complete temporal transcription factor series in the fly visual system
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