发现干细胞分化为大脑皮层各区域的遗传机制

顾汉现

发现干细胞分化为大脑皮层各区域的遗传机制


日期: 2009-10-23  


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09-10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。