PNAS惊人新发现指出了少突胶质细胞前体细胞的另一种可能作用

这一惊人的发现指出了少突胶质细胞前体细胞的另一种可能作用。

　　

   

   

图示:少突胶质细胞前体细胞    

来源:艾伦研究所

JoAnn Buchanan博士深入研究了这些数据。每次点击一下，她就可以在电脑屏幕上扫描老鼠脑细胞的分支、扭曲的3D形状。后来，Buchanan博士发现了一些奇怪的现象:一种她不熟悉的脑细胞。

“它们是如此美丽的细胞，它们如此美丽。于是我就着迷了。”这些脑细胞比神经元小，但同样复杂，被称为少突胶质细胞前体细胞，简称OPCs。Buchanan博士说:“我在他们身上看到了以前从未见过的东西。”

她并没有比喻的意思。她真的在这个OPC中看到了别人没有发现的东西——能够消化其他细胞部分的机器。

结果发现，OPCs正在吞噬和吞噬邻近神经元的微小片段。这听起来很可怕，但这是大脑的正常过程。这被称为突触修剪，它主要发生在我们大脑的早期发育阶段。当神经元形成新的连接(也称为突触)并失去旧的连接时，大脑中的其他细胞会清理和处理物理机制中不需要的连接。

Buchanan博士和她的同事在杂志中描述了OPCs的这种新的啃噬神经元的作用。以前，这种运送突触垃圾的工作被认为是小胶质细胞的职责，小胶质细胞是一种专门为大脑服务的免疫细胞。小胶质细胞被称为大脑的垃圾处理系统——因为这项任务而闻名，当Buchanan博士第一次与该领域的其他人讨论她的发现时，一些神经科学家无法相信OPCs也可以清除神经元。

这种细胞吞噬被称为phagocytosis——源自古希腊语phagein，意思是消耗或吞噬。执行吞噬功能的细胞被称为吞噬细胞。

Buchanan博士说:“这一发现完全出乎意料，因为这被认为是小胶质细胞的主要目的——它们被称为大脑的主要吞噬细胞。”“突然间，另一个细胞在做这件事。”

OPCs会产生另一种被称为少突胶质细胞的脑细胞，这种细胞在神经束周围形成厚厚的白色绝缘体。这种电绝缘，也被称为髓磷脂，构成了大脑的“白质”，也是导致自身免疫性疾病多发性硬化症受损的关键大脑结构。

但科学家们一直怀疑，除了产生这些绝缘的脑细胞外，OPCs还有其他作用，因为大脑中有太多的OPCs。艾伦研究所团队的发现指出了这些细胞的另一种可能的作用。

“这些细胞现在越来越受重视，但你很难在神经科学教科书中找到它们的讨论，尽管它们约占中枢神经系统所有细胞的5%。”

数据中有新发现  

他们的发现要归功于布坎南帮助创建的一个庞大数据集，该数据集收集了一粒沙粒大小的小鼠大脑中近20万个脑细胞的详细3D形状。

这个脑细胞数据集是用电子显微镜生成的，电子显微镜通过聚焦电子束轰击大脑切片来捕捉图像。因为电子的波长比光短得多，电子显微镜能以比光学显微镜高得多的分辨率捕捉到微小的细节。艾伦研究所使用的那种电子显微镜让电子束穿过材料的薄片;在研究团队对这粒沙子大小的小鼠大脑成像之前，它被切成了2.5万片极薄的切片。

Buchanan的整个职业生涯都在研究电子显微镜数据，到现在已经40多年了。但她说，她从未使用过这样的数据集。首先，它的尺寸太大了——除了容纳这么多细胞外，它还大到足以完整捕捉复杂的分支神经元和其他脑细胞，以及与相邻细胞的关系。但对于Buchanan关于OPCs的发现来说，最重要的是，数据集已经通过计算将原始的超薄切片拼接在一起，形成了整个细胞的美丽的3D可视化。

该项目历时5年，由多个科学家团队完成。该项目由智能高级研究项目活动(IARPA)资助和协调，由艾伦研究所、贝勒医学院和普林斯顿大学合作进行，该学院生成了计算3D模型，允许进行这种深入的探索。

现在，这三个组织的科学家都在从庞大的3D数据集中收集见解。因为这些数据是公开的，任何想要研究的人都可以深入研究老鼠大脑中的成千上万个结构。

艾伦研究所的团队主要专注于小鼠神经元的结构，它们在数据集中所占细胞的比例略低于一半，Nuno Maarico da Costa博士说，他是艾伦脑科学研究所的副研究员，也是OPC研究的合著者。但除了神经元类的OPCs，数据中还有更多的东西需要研究。

“只有结合JoAnn的洞察力和数据集的规模，这一发现才有可能实现，”da Costa说。“她教会了我们所有人关于数据的新东西。”

回到学校  

Buchanan对OPCs的研究也构成了她的博士论文的基础——这篇论文值得注意的地方在于，它是在作为一名科学家工作了40多年之后得出的。1983年，Buchanan在位于波士顿的东北大学(Northeastern University)完成了细胞生物学硕士学位。她在马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)的诊断设备工作了几天后，大部分时间都在晚上完成学业。Buchanan很容易就找到了科学工作。

她说，电子显微镜在当时是一项急需的技能。她一直梦想着回到学校，获得博士学位，但在她的事业、她配偶的事业和她不断壮大的家庭之间，似乎一直没有合适的时机。2014年，当她加入艾伦研究所时，她的导师达·科斯塔开始鼓励她最终攻读博士学位。

几年后，Buchanan在东北大学注册了一个生物学博士项目，并在西雅图开展了她的研究——在大流行的早期，她的研究大部分是在家里进行的。她回到波士顿参加论文答辩，并于2021年夏天毕业。

“这就像一场梦，”Buchanan说。“我感觉自己就像赢得比赛的乌龟。”

文章标题

Oligodendrocyte precursor cells ingest axons in the mouse neocortex