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神经递质特性:血统问题

  1. 索尼亚森 是通讯作者
  1. 塔塔遗传学和社会研究所,英特尔印度
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引用本文AS:188bet体育电竞Elife 2019;8:E47162 DOI:10.7554/188bet体育电竞elife.47162

摘要

在果蝇的腹神经索里,来自同一半系的神经元使用相同的神经递质。

正文

神经系统由少量的神经干细胞发育而成,这些干细胞产生有机体内所有不同类型的神经元。第一,空间模式化的过程赋予单个神经干细胞独特的分子特性,使它们彼此不同(图1A霍尔古拉和德普兰,二千零一十八)然后,一组基因一个接一个地被打开,这使得干细胞在随着时间的推移分裂时能够产生不同类型的神经元。(图1B雌鹿,二千零一十七)更确切地说,每个部门,它们会产生一个干细胞,一个将进一步分裂产生两个兄弟神经元(图1B雌鹿,二千零一十七)一种称为notch的信号通路在一个兄弟神经元中被激活,而在另一个神经元中则不被激活。(杜鲁门等人,二千零一十

如何在腹神经索中建立半血统和神经递质特性。

)在胚胎早期,神经干细胞由一种叫做神经外胚层的组织形成,其中各种模式基因(GSB,恩,Mshind和vnd)表示。这种空间模式化过程赋予每个干细胞独特的分子特性(不同的颜色)。()然后神经干细胞开始分裂,如图所示,这里有两个神经干细胞(红色和蓝绿色)。每一次分裂产生一个新的神经干细胞和一个神经节母细胞(GMC;白圈)。然后GMC分裂产生两个神经元:其中一个细胞具有活跃的Notch信号(n;深绿色)而另一个不(n远离的:浅绿色)。此外,分裂的干细胞按顺序表达一系列基因(以红色和蓝色表示)。在整个时间模式化过程中,每一个干细胞都能产生具有轻微不同特性的后代(因此子细胞的红色和蓝色色调不同)。通过这种方式,缺口信号和时间模式产生不同的神经元。(C)当它们成熟时,神经元来自空间上不同的神经干细胞(红色或蓝色)并随着时间的推移而产生(红色或蓝色的阴影)。但它们具有相同的缺口状态(浅绿色或深绿色)。通常束在一起,以神经支配腹神经索中类似的区域(这里描绘了四个这样的神经元束:红色神经元束)。远离的细胞;蓝N远离的细胞;红色n细胞;蓝N细胞)。这些复杂的机制——空间模式,时间模式和缺口状态-创造不同的神经元,形成腹神经索功能结构的发育基础。现在,拉辛等。专注于三种快速作用的神经递质(谷氨酸,或Glu;GABA;Acetycholine或者ach),表明半血统中的所有神经元也共享神经递质身份。

一起,空间线索,时间信息和缺口信号产生了生物体内所有神经元的多样性。来自同一神经干细胞的神经元,它们具有相同的开或关状态,继续组成称为半血统的群体,它们经常捆绑在一起并连接到神经系统的相同区域(图1C)因此,这些模块是大脑结构的发展和功能基础。(哈里斯等人,二千零一十五

如此复杂的架构如何继续执行行为,长期以来一直吸引着神经科学家。一种方法是绘制大脑中神经元如何相互连接的地图。(Schlegel等人,二千零一十七)与允许访问单个神经元的方法相结合,这些所谓的“连接体”有助于绘制行为背后的电路图。然而,知道电路不能解释神经元是激活还是抑制与其相连的细胞:这取决于细胞的神经递质特性(即,关于它用来与其他神经元通信的神经递质的类型)。现在,在EL188bet体育电竞IFE中,詹姆斯·杜鲁门和她在珍妮亚研究院的同事们,圣路易斯华盛顿大学阿尔伯特爱因斯坦医学院,华盛顿大学——以哈鲁克·拉金为第一作者——报道了果蝇整个腹神经索的神经递质特征。(拉辛等,二千零一十九

研究小组利用高质量的RNA原位杂交检测了三种快速作用的神经递质——乙酰胆碱,谷氨酸盐和GABA——同时利用遗传工具和标记物来标记该区域的特定细胞类型。结果表明,半谱系内的所有神经元都具有相同的神经递质特性。早期的研究暗示了这一点:在飞蛾和蝗虫中,GABA神经元簇由同一神经干细胞产生,在果蝇的触角上,相关神经元具有神经递质的特性。但是通过系统分析三种神经递质的表达,拉辛等。证明这在腹神经索中可能是普遍正确的。某些神经元同时具有连通性和神经递质的特性,这引发了有关电路进化的有趣问题。允许电路以这种方式发展可能会在重要行为中建立冗余性和鲁棒性,同时,通过简单地改变干细胞产生的神经元数量,让复杂性进化。

细胞获得神经递质特性的方式似乎依赖于不同的机制。在果蝇的视叶中,说明取决于Notch和某些转录因子。(Konstantinides等人,二千零一十八)在蠕虫中C.雅丽,每个谷氨酸能神经元通过使用特定基因的不同调节区域来获得其特性。(Serrano Saiz等人,二千零一十三)腹神经索的机制可能是这两种策略的结合。当半血统中的神经元共享神经递质的特性时,来自单个神经干细胞的兄弟半血统可以使用不同的神经递质。解释这一点的一个简单方法是,如果半血统的缺口获得了一个身份,而另一个则是半血统。然而,拉辛等。没有发现神经递质同一性与半血统的缺口状态之间的关系,也不是真的与任何其他谱系特定的分子标记。

相反,可能是空间模式,它赋予神经干细胞同一性,使世系倾向于某些神经递质命运。神经元的最终身份可以通过半谱系的缺口状态来发现。的确,在大脑中央,交换两个神经干细胞的空间特性也会改变它们的神经递质特性。(森等,二千零一十四)一起,这些数据表明,神经递质的特性可能是通过复杂的调节机制获得的,这些调节机制通常是细胞特有的:在特殊情况下,这些机构甚至可以是塑料的(斯皮策二千零一十七

在腹神经索,一个神经元只使用三种快速作用的神经递质中的一种;这种相互排斥的神经递质特性也被发现,除了一些例外,在视神经叶和中央大脑(Konstantinides等人,二千零一十八克罗塞特等,二千零一十八)然而,“一个神经元/一个神经递质”的概念早已被抛弃,许多生物体中的神经元使用几种神经递质,包括果蝇的大脑中央(VaGAa等,二千零一十四Serrano Saiz等人,二千零一十七克罗塞特等,二千零一十八)在这些昆虫中,快速作用的神经递质通常与神经肽和其他类型的神经递质(如单胺类)共同表达;此外,单胺能神经元通常也产生神经肽和其他类型的单胺。(克罗塞特等,二千零一十八Meissner等人,二千零一十九)所以,三种快速作用的神经递质在腹神经索中可能相互排斥,它们可能与其他类型的神经递质一起表达,一个重要的研究途径,可以在未来继续进行。与此同时,Lacin等人的研究深入了解如何在神经索中获得神经递质的特性,为理解行为的神经基础提供了宝贵的资源。

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文章和作者信息

作者详情

  1. 索尼亚森

    索尼亚森在塔塔遗传学和社会研究所-研究所的中心,班加罗尔印度

    用于通信
    ssonia@instem.res.in.公司
    竞争性利益
    未宣布竞争利益
    奥西德图标 “此orcid id标识本文的作者:”0000-0003-4693-3378号

出版历史

  1. 发布的记录版本:5月7日,2019(第1版)

版权

2019,森

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韵律学

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