间歇延时动画揭示神经髓鞘形成过程(图)

【字体: 时间:2006年11月23日 来源:生物通

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  生物通报道:最近范德比尔特(Vanderbilt)研究人员对髓鞘形成的初期——最终发育为髓鞘的细胞在发育的神经系统中扩散——进行了首次实时监测,为修复疾病髓鞘或者受损髓鞘提供了参考。研究结果刊登于11月12日电子版《Nature Neuroscience》。

  

生物通报道:如同房屋中飞檐走壁的电线需要绝缘外套,体内的神经也需要髓磷脂(myelin)绝缘蛋白的包裹。髓磷脂形成的髓鞘(myelin sheath)增加神经冲动的传导速度,如果发生缺陷会导致多发性硬化,患者出现失明、肌无力、瘫痪、丧失协调能力、口吃、记忆力衰退、抑郁等症状,这些足可见髓鞘的重要作用。

发育过程中,髓鞘的形成需要大量成分的合作,被视为不同细胞间互相合作的伟大自然现象之一。最近范德比尔特(Vanderbilt)研究人员对髓鞘形成的初期——最终发育为髓鞘的细胞在发育的神经系统中扩散——进行了首次实时监测,为修复疾病髓鞘或者受损髓鞘提供了参考。研究结果刊登于11月12日电子版《Nature Neuroscience》。

研究小组带头人、Kennedy中心生物科学副教授Bruce Appel说:“我们发现这种过程(髓鞘形成过程)比我们所能想象的还要激烈。”

在中枢神经系统中,髓磷脂膜由少突细胞(oligodendrocytes)产生。神经轴突(axons)是神经元的细长线状凸起,传递神经冲动。为了使成千上万块像微小绝缘带(electrician's tape)一样的髓磷脂膜能够完整、均匀地覆盖轴突,少突细胞必须沿轴突均匀分布。包裹过程出现在胚胎发育末期,婴儿出生后会继续一段时间。

Appel及其研究小组的研究生Brandon Kirby 、 Jimann Shin,博士后Norio Takada 、Andrew Latimer构建出一种髓鞘形成相关细胞携带绿色荧光蛋白的转基因斑马鱼模型。斑马鱼的胚胎透明,发育过程在几天内即可完成,因此成为研究脊椎动物发育过程的理想模式生物。Appel等利用共聚焦显微镜观察、间歇延时拍摄髓鞘形成相关细胞的图像。

产生髓磷脂膜的少突细胞,起源于叫做少突细胞祖细胞(oligodentrocyte progenitor cell,OPC)的运动的、分裂的细胞。OPC产生于脑和脊髓的特定部位,它们寻找神经元并沿神经元分布。然后在特定位点,一小部分OPC转变为少突细胞,并开始包裹轴突。每个少突细胞都可以包围几种轴突,每个轴突也可以被很多少突细胞包裹。

在Appel进行研究之前,就有好多关于OPC怎样沿轴突分布的假说。其中一种认为轴突会向OPC发出一些位置信息,另一种认为OPC一个接一个地感觉、调节它们的位置,就好像操场上的队伍根据“以一臂间隔散开”口令排列一样。


先前在研究培养基中的OPC时,发现它们能够长出丝状伪足(filopodia),但这些丝状伪足的作用还不清楚。Appel观察OPC的运动,惊奇地发现它们不停地向不同方向伸展伪足,当一个伪足接触到邻近OPC时,细胞向相反方向运动,这样引起了一个很奇怪的现象:OPC不停地重新调整它们的位置。

活斑马鱼胚胎脊髓片段

红色、绿色的细胞分别是处于不同分化阶段的少突细胞

“这些可以作为一种监视机制,使OPC清楚周围是否存在同类细胞,” Appel说,进而帮助它们沿轴突分布。

研究人员利用同一套系统观察损伤以及多发性硬化等条件引起的OPC反应。在轴突进行包裹的前一天,用激光破坏沿某段胚胎脊骨(spine)分布的OPC,发现缺口邻近的OPC会分裂出额外细胞,补充缺口。1天后,缺口OPC的数量达到正常水平的一半,4天后,缺口OPC数量达到正常水平的70%。

“现在我们对OPC和少突细胞的行为有了进一步了解,有助于下一步对髓鞘形成所需的基因进行分离和鉴定,” Appel说“掌握了这些基因,有助于研发治疗髓鞘损伤的新药。”(生物通记者 子元)


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