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PLoS Biol.:鉴定出丘脑发育关键性遗传因子Lhx2和Lhx9

来源:生物谷 2011-12-30 16:39

丘脑是大脑的中央编译器:有专门的神经细胞(即神经元)接受感觉器官传来的信息,进行加工,并将加工后的信息传送到大脑深处。德国卡尔斯鲁厄技术学院毒理学和遗传研究所研究人员如今鉴定出负责这些神经元发育的两种遗传因子Lhx2 和Lhx9。他们的研究结果有助于加深对丘脑发育的理解,而且长期而言,有助于治愈丘脑中风(thalamic stroke)。

人大脑有1千亿个神经细胞,是人体最为复杂的器官。卡尔斯鲁厄技术学院Steffen Scholpp博士说,“我们想理解发育过程背后的机制。我们想找出大脑单个部分如何发育,这就意味着制造前体细胞的细胞是怎样建造诸如丘脑之类的专门区域。”卡尔斯鲁厄技术学院Scholpp研究小组研究丘脑发育。“它是大脑和外部世界之间的中央界面:眼睛、耳朵或触觉感知的每件事情在到达大脑皮质作进一步加工之前都必须先传递到丘脑。”

长期而言,科学家们想能够通过组织替换疗法治愈大脑受损部分。比如,遭受梗塞之后,大脑组织受损,身体不能再生这种组织。Steffen Scholpp强调道,“如今,中风是成年人瘫痪的最为常见的原因。由于丘脑发挥着关键性作用,丘脑损伤造成的后果是非常严重的。因为这种原因,我们不得不找出一种激活干细胞的策略以便替换受损的组织。”最近,科学家们取得一次重要的进步:通过研究斑马鱼,他们鉴定出控制丘脑神经元发育的遗传因子Lhx2 和Lhx9。Scholpp解释道,“没有这些因子,丘脑将只贮存着未分化的神经细胞,这就意味着前体细胞缺乏分化所需的信息。”对斑马鱼大脑发育的分析允许研究人员对所有脊椎动物中的大脑发育做出结论。这些研究结果发表在最新的《PLoS Biology》期刊上。

在这篇研究中,Scholpp和他的研究小组还鉴定出另一种在丘脑中起着“胶粘剂”作用的蛋白因子:细胞粘附分子Pcdh10b确保丘脑发育不与周围大脑区域掺杂在一起。如果这种蛋白因子缺乏的话,神经元发生分化,但是不能找到它们的目标位点。如今,研究人员的目标是在体外培养的器皿里将未分化的前体细胞中的这些因子激活以便形成新的丘脑组织。通过与工程师密切合作,这些生物学家已经正在开发二维细胞培养系统。2012年1月,他们将启动三维细胞培养项目。Scholpp说,“卡尔斯鲁厄技术学院提供一个非常好的机会:与我们的研究同时开展的是,材料研究人员正在开发多种生物材料(即生物聚合物),然后将在培养实验中对这些材料进行测试。”

Steffen Scholpp博士认为在未来治愈中风病人将是可行的。他说,“当然,这将需要许多年。但是我们的终极目标是从中风病人身上取出静止的干细胞,在体外让这些细胞开启特异性的发育过程。最终,我们计划将它们移植到受损组织的位置。这将是真正的治愈。” (生物谷:towersimper编译)

Lhx2 and Lhx9 Determine Neuronal Differentiation and Compartition in the Caudal Forebrain by Regulating Wnt Signaling

Daniela Peukert, Sabrina Weber, Andrew Lumsden, Steffen Scholpp

Initial axial patterning of the neural tube into forebrain, midbrain, and hindbrain primordia occurs during gastrulation. After this patterning phase, further diversification within the brain is thought to proceed largely independently in the different primordia. However, mechanisms that maintain the demarcation of brain subdivisions at later stages are poorly understood. In the alar plate of the caudal forebrain there are two principal units, the thalamus and the pretectum, each of which is a developmental compartment. Here we show that proper neuronal differentiation of the thalamus requires Lhx2 and Lhx9 function. In Lhx2/Lhx9-deficient zebrafish embryos the differentiation process is blocked and the dorsally adjacent Wnt positive epithalamus expands into the thalamus. This leads to an upregulation of Wnt signaling in the caudal forebrain. Lack of Lhx2/Lhx9 function as well as increased Wnt signaling alter the expression of the thalamus specific cell adhesion factor pcdh10b and lead subsequently to a striking anterior-posterior disorganization of the caudal forebrain. We therefore suggest that after initial neural tube patterning, neurogenesis within a brain compartment influences the integrity of the neuronal progenitor pool and border formation of a neuromeric compartment.

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