华裔学者J. Neurosci:保持大脑干细胞供应的关键

【字体: 时间:2014年11月05日 来源:生物通

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  脂肪和糖通常不被认为是健康的主食,但是最近科学家们发现,附带有一种糖的生物脂肪,对于保持大脑的干细胞储存,是必不可少的。相关研究结果发表在最近的《The Journal of Neuroscience》杂志。

  

生物通报道:脂肪和糖通常不被认为是健康的主食,但是最近科学家们发现,附带有一种糖的生物脂肪,对于保持大脑的干细胞储存,是必不可少的。

神经干细胞最初可以帮助大脑发育,然后使受损脑细胞重新填充到正常细胞更新,也重新填充到创伤或疾病,如头部外伤或中风。

作为衰老过程的一部分,细胞数和活性会降低,但是美国乔治亚摄政大学乔治亚医学院(MCG)的科学家们,正在研究神经干细胞通常是如何被维持的,长期目标是,不管衰老以及疾病,帮助干细胞的供应保持强劲。

相关研究结果发表在最近的《The Journal of Neuroscience》杂志,本文通讯作者是MCG神经学家于宽仁(Robert K. Yu),于博士毕业于台湾东海大学化学系,1967年获得美国伊利诺大学生物及有机化学博士学位,1973年至1988年于美国耶鲁大学任教,1980年获东京大学荣誉医学博士,1988年至2000年担任维吉尼亚州立大学医学院教授。现任乔治亚州医学院分子医学及遗传学研究所所长及教授。他在神经学方面树立了世界性的领导地位,并接连获得无数奖项的肯定。1994年获维吉尼亚州杰出科学奖,这个奖项被誉为“维州诺贝尔奖”,于博士是历来首位获得此殊荣的华裔。

于教授介绍,他们发现,在缺乏含脂质神经节苷脂GD3的糖的小鼠中,神经干细胞自我更新能力明显受损。科学家们把精力集中在通常具有最大神经干细胞供应的脑区:在几个中脑腔下方一个充满脑脊液的区域,称为室管膜下室,以及海马体——学习和记忆的一个主要中心。

于教授说,神经干细胞膜上缺乏神经节苷脂GD3的小鼠,在整个生命过程中,在这些关键区域具有更小的细胞供应,并表现出失去希望的迹象,具有这样一些行为,例如,当置于水中时不积极寻求干的地面。此外,小鼠参与嗅觉的脑区以及形成新记忆的部分海马体的维护受损。这些变化,与衰老或疾病相关,当GD3恢复时,这些变化得以纠正。

本文第一作者、MCG博士后研究人员Jing Wang指出:“我们发现,在整个生命过程中,如果GD3缺失,这些神经干细胞就不能得以维持;即使在一个月大的小鼠当中,它们也大比例的减少。”事实上,通过一个月的生活,有大约60%的供应减少,6个月时——在小鼠当中已经是老年,只剩下少数神经干细胞。

科学家们指出,在健康的年轻小鼠中,GD3非常充足,但是它似乎随着年龄增长而自然地减少。

2013年,于教授和Wang在《PNAS》发表的一项研究表明,GD3是小鼠神经干细胞中的主要神经节苷脂,在那里它与表皮生长因子受体相互作用,也被发现存在于细胞表面。GD3在生长因子信号中发挥重要的作用,反过来,又告诉神经干细胞增殖或死亡。

Wang说:“在正常情况下,生长因子可以使神经干细胞能够产生更多的干细胞。这使我们更好地了解,在我们一生中,我们的神经干细胞群是如何被维持的。我们的长期目标是,利用内源性神经干细胞,修复大脑或脊髓损伤,所以我们需要学习它们是如何增殖的,如何让它们保留在大脑里。”

这两种想法都是乐观的,有一天,操纵生长因子和含糖脂肪的水平,将使我们一生中具有更坚定的神经干细胞供应,虽然使这些物质进入大脑是一种挑战。我们已经知道,至少在大鼠当中,锻炼也可以有所帮助。

于教授说,神经干细胞能够不断地自我更新,至少在理论上是这样。它们能够维持自我的一个稳定供应,以分化为不同类型的脑细胞,这是它们最重要的性能。

接下来他们的研究计划包括:检测其他生长因子和神经节苷脂的作用。

(生物通:王英)

延伸阅读:神经干细胞过度生长与自闭症的关联

生物通推荐原文摘要:
Ganglioside GD3 Is Required for Neurogenesis and Long-Term Maintenance of Neural Stem Cells in the Postnatal Mouse Brain
Abstract:The maintenance of a neural stem cell (NSC) population in mammalian postnatal and adult life is crucial for continuous neurogenesis and neural repair. However, the molecular mechanism of how NSC populations are maintained remains unclear. Gangliosides are important cellular membrane components in the nervous system. We previously showed that ganglioside GD3 plays a crucial role in the maintenance of the self-renewal capacity of NSCs in vitro. Here, we investigated its role in postnatal and adult neurogenesis in GD3-synthase knock-out (GD3S-KO) and wild-type mice. GD3S-KO mice with deficiency in GD3 and the downstream b-series gangliosides showed a progressive loss of NSCs both at the SVZ and the DG of the hippocampus. The decrease of NSC populations in the GD3S-KO mice resulted in impaired neurogenesis at the granular cell layer of the olfactory bulb and the DG in the adult. In addition, defects of the self-renewal capacity and radial glia-like stem cell outgrowth of postnatal GD3S-KO NSCs could be rescued by restoration of GD3 expression in these cells. Our study demonstrates that the b-series gangliosides, especially GD3, play a crucial role in the long-term maintenance NSC populations in postnatal mouse brain. Moreover, the impaired neurogenesis in the adult GD3S-KO mice led to depression-like behaviors. Thus, our results provide convincing evidence linking b-series gangliosides deficiency and neurogenesis defects to behavioral deficits, and support a crucial role of gangliosides in the long-term maintenance of NSCs in adult mice.

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