科學(xué)家確定了兩個(gè)呼吸必需的基因

紐約大學(xué)Langone醫(yī)學(xué)中心的一組研究人員發(fā)現(xiàn)，兩種基因Hoxa5和Hoxc5在建立呼吸所需的神經(jīng)回路中起著關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)有助于推進(jìn)脊髓損傷和神經(jīng)退行性疾病的治療。

發(fā)表在“自然神經(jīng)科學(xué)”雜志上的這項(xiàng)為期三年的研究確定了一種分子代碼，該代碼區(qū)分了一組肌肉控制神經(jīng)細(xì)胞，統(tǒng)稱為膈神經(jīng)運(yùn)動(dòng)柱(PMC)。

霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的資深作者杰里米達(dá)森教授解釋說(shuō)：“這些細(xì)胞位于頸后半部分，正好位于第四頸椎上方，可能是你體內(nèi)最重要的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。”

傷害PMC所在的脊髓部分可以立即關(guān)閉呼吸。但是，人們對(duì)于PMC神經(jīng)元與鄰近神經(jīng)元的區(qū)別，以及PMC神經(jīng)元如何發(fā)育并將自身連接到胎兒的橫膈膜的知識(shí)相對(duì)較少。PMC細(xì)胞將恒定的電化學(xué)信號(hào)流傳遞到它們的束狀軸突上并進(jìn)入膈肌，使肺部以自然的呼吸節(jié)奏擴(kuò)張和放松。

“我們現(xiàn)在擁有一套分子標(biāo)記，可以將這些細(xì)胞與其他運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元群體區(qū)分開(kāi)來(lái)，這樣我們就可以對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)研究，并尋找有選擇地提高其存活率的方法，”Dasen教授說(shuō)。

為了找出PMC神經(jīng)元與小鼠脊髓鄰居的區(qū)別，科學(xué)家們將一個(gè)逆行熒光示蹤劑注入膈神經(jīng)，將PMC連接到膈肌，然后尋找隨著示蹤劑工作方式點(diǎn)亮的脊髓神經(jīng)元。回到PMC。他們使用在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及其軸突中表達(dá)綠色熒光蛋白(GFP)的轉(zhuǎn)基因小鼠來(lái)觀察膈神經(jīng)。在注意到這些PMC神經(jīng)元的特征性基因表達(dá)模式后，科學(xué)家們開(kāi)始確定它們的特定作用。

最終，一個(gè)復(fù)雜的轉(zhuǎn)基因小鼠品系揭示了兩個(gè)基因，Hoxa5和Hoxc5，作為適當(dāng)PMC發(fā)育的主要控制者。Hox基因-39在人體中表達(dá) - 眾所周知是動(dòng)物發(fā)育的主基因調(diào)節(jié)因子。

“當(dāng)Hoxa5和Hoxc5在小鼠的胚胎運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中沉默時(shí)，”科學(xué)家報(bào)告說(shuō)，“PMC未能形成其通常的緊密柱狀組織，并且沒(méi)有正確連接到橫膈膜，導(dǎo)致新生動(dòng)物無(wú)法呼吸。”

“即使你在胎兒發(fā)育晚期刪除這些基因，PMC神經(jīng)元群體也會(huì)下降，而膈神經(jīng)也不能在膈肌上形成足夠的分支，”Dasen教授說(shuō)。

Dasen教授計(jì)劃利用這些發(fā)現(xiàn)來(lái)幫助理解更廣泛的呼吸電路 - 包括腦??干中產(chǎn)生節(jié)律的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元反過(guò)來(lái)對(duì)二氧化碳水平，壓力和其他環(huán)境因素做出反應(yīng)。“現(xiàn)在我們對(duì)PMC電池有所了解，我們可以通過(guò)更廣泛的電路，試圖找出所有這些連接的建立方式，”他說(shuō)。

“一旦我們了解呼吸網(wǎng)絡(luò)是如何接線的，我們就可以開(kāi)始為睡眠呼吸暫停等呼吸障礙開(kāi)發(fā)新的治療方案，”主要作者Polyxeni Philippidou博士說(shuō)。

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