果蠅神經(jīng)系統(tǒng)的相似性改變了變態(tài)的觀點
霍華德休斯醫(yī)學研究所的新研究改變了目前的觀點,即果蠅的變態(tài),即幼蟲變成成蟲,由兩個獨立的階段組成。該研究將發(fā)表在eLife雜志上,該研究表明,雖然幼蟲和成年果蠅 果蠅具有截然不同的神經(jīng)系統(tǒng),以支持其不同的身體結構和需求,但它們的系統(tǒng)由具有相似結構和分子特征的神經(jīng)元組成。這表明果蠅神經(jīng)干細胞在蒼蠅從它的祖先進化過程中發(fā)生了微小的變化,而祖先沒有經(jīng)歷過變態(tài)。
成蟲和幼蟲果蠅神經(jīng)系統(tǒng)由稱為成神經(jīng)細胞的同一組干細胞發(fā)育而來。這些成神經(jīng)細胞經(jīng)歷兩個單獨的增殖階段,其中它們產(chǎn)生多個神經(jīng)元。第一階段發(fā)生在胚胎中以產(chǎn)生幼蟲神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元,第二階段發(fā)生在幼蟲中以產(chǎn)生成人神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元。
這些階段在短暫的時間內分開,沒有發(fā)生增殖。成體和幼蟲神經(jīng)元之間的相似性是由于成神經(jīng)細胞的內部狀態(tài)在不活動期之前和之后保持相似。“兩相模式似乎將變態(tài)的想法改變?yōu)閮蓚€不同的階段,”第一作者Haluk Lacin說。“它是從更簡單的方案演變而來,例如在蚱蜢中看到的,所有神經(jīng)元都是在延長的胚胎階段產(chǎn)生的。”
該團隊使用譜系追蹤方法建立成人神經(jīng)元和幼蟲神經(jīng)索之間的聯(lián)系,這與人類脊髓相當。
該方法涉及目視篩選可公開獲得的數(shù)據(jù)庫以鑒定超過100行的蛋白質GAL4,其具有限于一種或幾種胚胎成神經(jīng)細胞的表達。為了突出這些GAL4系標記哪些神經(jīng)母細胞譜系,他們?yōu)槊總€產(chǎn)生隨機譜系克隆,并將它們的結構和分子表達與先前發(fā)表的胚胎神經(jīng)元譜系進行比較。
“我們的研究結果表明,神經(jīng)細胞增殖的兩個不同階段產(chǎn)生的神經(jīng)元表達相似的分子標記并延伸相似的神經(jīng)纖維,盡管它們在兩種截然不同的神經(jīng)系統(tǒng)中起作用,”Lacin解釋說。“非變態(tài)昆蟲中的成神經(jīng)細胞不斷繁殖。因此,我們相信,在變態(tài)演變過程中,在非變態(tài)昆蟲的神經(jīng)母細胞中不斷增殖,不會對所產(chǎn)生的神經(jīng)元類型產(chǎn)生顯著影響。”
在研究過程中,研究人員還發(fā)現(xiàn)了三種神經(jīng)母細胞,它們似乎是果蠅中段或胸段的獨特成分。這些成神經(jīng)細胞的存在取決于在動物身體計劃發(fā)展過程中控制位置信息的基因。“這些成神經(jīng)細胞中有兩個會產(chǎn)生腿部運動神經(jīng)元。由于蒼蠅只在胸段有腿,因此這些節(jié)段中成神經(jīng)細胞的存在表明神經(jīng)發(fā)生與干細胞水平的身體計劃的發(fā)展協(xié)調,”James Truman說。 - 該研究的作者。
“第三個成神經(jīng)細胞是新的,似乎最近在昆蟲進化過程中出現(xiàn)?;诮馄蕦W和分子標記,我們提出它是通過復制相鄰的干細胞而產(chǎn)生的,這可能使得對腿部相關行為的神經(jīng)元控制更精細,例如走路和梳理。“
果蠅中的神經(jīng)索已被用作模型系統(tǒng)超過30年,以了解成神經(jīng)細胞如何產(chǎn)生高度復雜但有組織的組織。拉辛和杜魯門相信,他們研究的見解現(xiàn)在可以研究從胚胎到成年階段發(fā)生的分子事件如何控制果蠅中神經(jīng)系統(tǒng)的形成和功能,并可能轉化為人類。
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