Cell子刊：神经元的引路人

研究人员在正在发育的小鼠胚胎中，观察到神经元迁移时纤毛的伸展和收缩,展示了纤毛在大脑中指导神经元迁移的动力学作用。这项研究发表在Cell旗下的Developmental Cell杂志上。

　　

生物通报道：Emory大学医学院的研究人员发表了一项新研究，展示了纤毛在胚胎大脑中指导神经元迁移的动力学作用。纤毛是细胞表面微小的毛发状结构，但它们在这里的作用更像是天线。

研究人员在正在发育的小鼠胚胎中，观察到神经元迁移时纤毛的伸展和收缩。研究显示，纤毛是神经元接收信号来确定迁移方向和定位所必须的。这项研究发表在Cell旗下的Developmental Cell杂志上。

“最令人惊奇的是纤毛相当有活力，”Emory大学医学院人类遗传学助理教授Tamara Caspary博士说。“中间神经元是一步步地移动到发育中的大脑皮层。当它们暂时停下脚步，我们可以看到纤毛的伸展，这就像中间神经元在试图确定下一步应该往哪儿走。”

我们通常比较熟悉的运动型纤毛有草履虫纤毛、器官和生殖器中的纤毛等等。其实，非运动型的原发性纤毛primary cilia几乎存在于我们机体内的每个细胞中。纤毛病变Ciliopathies是一种涉及了纤毛缺陷的遗传学疾病，和Joubert综合症一样也包括肾脏和眼部病变。

Joubert综合症主要影响小脑和脑干的发育，会导致肌肉缺乏控制、呼吸问题以及智力缺陷。研究指出，引发神经发育疾病Joubert综合症的基因突变会影响纤毛的迁移功能，神经元的迁移故障是Joubert综合症中某些症状的原因。

Caspary实验室针对Joubert综合症中发生突变的基因Arl13b进行了研究，发现Arl13b突变使纤毛变得又短又硬。“这是研究纤毛发育的良好工具，因为它不会对整体结构造成较大破坏，”Caspary说。人们现在还不清楚Arl13b影响纤毛功能的确切机制，不过研究显示当该基因过活跃时纤毛更长，说明该机制可能影响了纤毛构建所需蛋白的运输。

研究人员在敲除了Arl13b的小鼠胚胎中观察中间神经元的迁移，中间神经元负责形成其他神经元之间的连接，它不会与肌肉或感觉器官相连。他们使小鼠中间神经元的纤毛中表达红色荧光蛋白，然后在共聚焦显微镜下观察胚胎的大脑切片，这时细胞还是活的能够持续移动几个小时。研究显示，当缺乏Arl13b基因时，中间神经元无法正确迁移通过发育中的大脑皮层。

研究人员观察到，中间神经元的迁移呈喷射状，当细胞暂停时纤毛会伸展并“像篮球运动员的手臂那样”运动。而当Arl13b基因被敲除时，细胞纤毛的伸展变少，往往看起来就只是一个小红点。再次导入正常的Arl13b基因基因能够使纤毛运动恢复，但导入Joubert综合症中的突变基因无法达到这样的效果。

纤毛缺陷引发Joubert综合症症状的机制很复杂。由于调控胚胎发育的Hedgehog信号传导也需要纤毛，研究人员认为神经元迁移故障可以解释Joubert综合症中的智力缺陷，而Hedgehog信号通路受阻则可能使小脑和脑干的发育受损。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Arl13b in Primary Cilia Regulates the Migration and Placement of Interneurons in the Developing Cerebral Cortex

Coordinated migration and placement of interneurons and projection neurons lead to functional connectivity in the cerebral cortex; defective neuronal migration and the resultant connectivity changes underlie the cognitive defects in a spectrum of neurological disorders. Here we show that primary cilia play a guiding role in the migration and placement of postmitotic interneurons in the developing cerebral cortex and that this process requires the ciliary protein, Arl13b. Through live imaging of interneuronal cilia, we show that migrating interneurons display highly dynamic primary cilia and we correlate cilia dynamics with the interneuron's migratory state. We demonstrate that the guidance cue receptors essential for interneuronal migration localize to interneuronal primary cilia, but their concentration and dynamics are altered in the absence of Arl13b. Expression of Arl13b variants known to cause Joubert syndrome induce defective interneuronal migration, suggesting that defects in cilia-dependent interneuron migration may in part underlie the neurological defects in Joubert syndrome patients.