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吴青峰研究组国际合作研究揭示丘脑核团发生的时空调控机制

  中枢神经系统主要由层状结构和核团结构组成,人们对于大脑皮层在内的层状结构形成机制了解较多,而对核脑结构所依赖的发育机制了解较少。丘脑由数十个空间上排列复杂的核团构成,对感觉信息的传递和大脑皮层的功能都具有至关重要的调节作用。之前的研究通过群体水平的谱系追踪确定了丘脑投射核团中的神经元主要来自于pTH-R和pTH-C两个神经前体区,但是丘脑神经前体细胞如何产生神经元并组成丘脑各个核团的机制仍不清楚。

 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所吴青峰研究组联合美国明尼苏达大学、宾夕法尼亚大学,用单细胞克隆分析法对丘脑核团发生机制展开研究。使用三种不同CreER驱动子小鼠结合报告基因小鼠MADM(基于双标记的马赛克分析)系统在克隆水平上追踪丘脑神经前体细胞谱系。研究发现如下:第一,丘脑神经前体细胞随着时序的推移,发生了从对称性增殖性分裂向不对称性神经发生性分裂再到对称性神经发生性分裂的转换;第二,每个神经前体细胞所产生的子代神经元群(又称为克隆)分布于多个核团中而不是单一的核团,对称性分裂所产生的克隆比不对称性分裂所产生的克隆要跨越更多的核团;第三,更重要的是,具有相似空间位置的神经前体细胞所产生的克隆往往分布于一组特定的核团群中。而且功能不同的核团群在起源上并没有发生完全的隔离,而神经前体细胞所编码的空间信息才是决定核团生成的关键因素;最后对中间前体细胞的单克隆分析显示中间前体细胞只能产生2-4个神经元,相当一部分的姐妹神经元并没有分布于单个核团中,而是迁移到不同的核团中执行不同的功能,表明姐妹神经元的命运不完全相同。此研究为破解核团结构的组织原则奠定了深厚的基础。

 

  该研究于2018年4月23日在线发表于PLOS Biology杂志上(DOI:10.1371/journal.pbio.2005211),文章题目为In Vivo Clonal Analysis Reveals Spatiotemporal Regulation of Thalamic Nucleogenesis。该研究主要由明尼苏达大学Nakagawa教授、吴青峰研究员和黄政豪等共同完成实验和分析。遗传发育所的穆文辉博士与郭曦泽参与了数据分析。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院先导专项A和分子发育生物学国家重点实验室的支持。

 

图:丘脑神经前体细胞的分裂模式与丘脑克隆群的空间位置分布