在小鼠干细胞中鉴定出两步控制机制

科学家在未分化干细胞向健康脑细胞的发育转变中发现了两种不同的控制机制。这种使用小鼠的基础研究可能为将来的神经退行性疾病和脊髓损伤的再生医学治疗提供信息。

当胚胎发育时，干细胞分化成成人需要的所有类型的细胞。神经干细胞首先分化为神经元或神经细胞，然后分化为星形胶质细胞，支持大脑中的细胞。随着胚胎的成熟，神经干细胞失去了产生神经元的潜力。

东京大学的Yukiko Gotoh教授领导着科学家团队，他们确定了神经干细胞如何丧失产生神经元潜力的表观遗传控制机制。

“再生医学的一个悖论是，神经干细胞在分化成其他细胞类型时会产生更少的细胞。我们希望培养特定的细胞类型和大量细胞，”Gotoh说。

所有体细胞都具有相同的DNA，但是打开或关闭不同的基因以产生不同的细胞类型。为了了解大脑发育，研究人员研究了一种叫做多梳抑制复合物1(PRC1)的蛋白质如何控制神经干细胞内神经元功能相关基因的表达。早期的研究结果显示PRC1调节干细胞中的基因表达，但不知道具体的方式和时间。

他们从小鼠胚胎的大脑中收集神经干细胞，这些小鼠胚胎在母鼠体内生长，直到胚胎发育期的中点，或受孕后11天。然后，研究人员将细胞分成两组，在体外生长不同时期：一组直至神经发育的早期阶段，神经元形成时，另一组直至细胞转变为星形胶质细胞的晚期阶段。

“神经干细胞必须跟踪自己的日历。即使在体外生长，它们也能正常分化为神经元，然后进入星形胶质细胞，”Gotoh说。

研究人员发现PRC1通过在大脑发育的早期阶段添加一种称为泛素的分子的活动来抑制与神经元功能相关的基因，其中神经干细胞产生神经元。然后，在大脑发育的后期，当干细胞转向产生星形胶质细胞时，泛素添加活性变得不必要。相反，PRC1在后期成为这些基因的簇(聚合物)。

PRC1在早期阶段短暂地抑制与神经元功能相关的基因，但在脑发育的后期永久地抑制。

了解大脑发育的两个不同阶段的不同控制机制可能为研究人员提供操作神经干细胞的新工具。该结果还可以帮助开发改变细胞类型的方法：例如，从成年患者中收集星形胶质细胞并将这些细胞转变为新的神经元。

了解大脑如何首先发展不同的细胞类型有助于研究人员想象如何设计神经退行性疾病的治疗方法，如阿尔茨海默病，帕金森病和肌萎缩侧索硬化症(ALS或Lou Gehrig病)，当这些细胞受损时。科学家也可以使用相同的信息来治疗身体其他部位的神经元损伤，包括脊髓损伤和其他疾病。

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