神經(jīng)元是如何變成神經(jīng)元的？它們都是起源于未分化的、有潛力變?yōu)轶w內(nèi)所有細胞的干細胞。

然而，直到現(xiàn)在關于這一切究竟是如何發(fā)生的仍是一個科學謎團。由加州大學加州大學圣巴巴拉分校的神經(jīng)科學家們完成的一項新研究，闡明了在干細胞轉化為神經(jīng)元和其他細胞類型之前發(fā)生的一些最早期的變化。

利用培養(yǎng)皿中的人類胚胎干細胞開展研究，博士后研究人員Jiwon Jang發(fā)現(xiàn)了一條在細胞分化中起關鍵作用的新信號通路。這些研究結果發(fā)布在3月24日的《細胞》（Cell）雜志上。

論文的資深作者、加州大學加州大學圣巴巴拉分校分子、細胞與發(fā)育生物學系神經(jīng)科學研究教授Kenneth S. Kosik說：“Jiwon的研究發(fā)現(xiàn)非常的重要，因為它讓我們對干細胞運作的方式，以及它們開始經(jīng)歷分化的方式有了一個基本的認識。這是在這一領域一直缺失的、非?；镜闹R。”

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當干細胞開始分化時，它們會形成前體細胞：神經(jīng)外胚層（有潛力變?yōu)橹T如神經(jīng)元一類的腦細胞）；或中內(nèi)胚層。

沿著他和Kosik標記的PAN（初級腺毛-自噬- Nrf2）軸，Jang發(fā)現(xiàn)了一些步驟。這一新發(fā)現(xiàn)的信號通路似乎決定了干細胞的最終形式。

Jang說：“這一PAN軸是細胞命運決定中非常重要的參與者。G1期延長誘導了纖毛突出物，這些細胞觸角暴露的時間越長，它們就能夠接收越多的信號。”

一段時間以來，科學家們已經(jīng)知道細胞周期四個階段的第一個階段是G1期，但他們不清楚G1期在干細胞分化中的作用，Jang的研究證實在注定成為神經(jīng)元的干細胞中，G1期延長會觸動其他的活動導致干細胞變成神經(jīng)外胚層。

在這一延長的G1期內(nèi)，細胞形成了原纖毛——能夠感知環(huán)境的觸角樣突出物。這種纖毛在一個叫做自噬的過程中激活了細胞的垃圾處理系統(tǒng)。

另一個重要的因子是Nrf2，它負責監(jiān)測細胞自由基一類的危險分子——這是對健康細胞形成尤其重要的工作。

Kosik 說：“Nrf2就像細胞的監(jiān)護人，確保了細胞正常發(fā)揮功能。在干細胞中Nrf2的水平非常高，因為干細胞代表了未來。沒有Nrf2密切注意基因組的完整性，未來的后代細胞會陷入麻煩。”

Jang的研究表明，在延長的G1期內(nèi)Nrf2水平開始下降。Kosik指出這具有重要意義，因為Nrf2通常要到細胞已開始啟動分化時才會下降。

“我們認為，在相同的條件下，完全相同的細胞將會以同樣的方式分化，但我們發(fā)現(xiàn)的情況卻并非如此。G1期延長拉長了纖毛暴露于環(huán)境信號下的時間，控制了細胞命運。這是一個很酷的觀點。”

不久前，來自清華大學、中科院動物研究所的研究人員揭示，在多能細胞中Divergent lncRNAs調(diào)控了基因表達和譜系分化。這一重要的研究發(fā)現(xiàn)發(fā)布在2016年3月17日的Cell Stem Cell雜志上。

來自哥本哈根大學的科學家們發(fā)現(xiàn)了一種機制，可以解釋干細胞是如何選擇變?yōu)樘囟ǖ募毎愋偷模哼@些細胞在沿著DNA的精確位點上組合了數(shù)組特定的蛋白質。當這幾組特定的蛋白質組合到一起時，大門被打開，幾組特定的基因由此獲得利用，賦予了細胞新身份。這項研究工作發(fā)布在2015年4月的Cell Stem Cell雜志上。

人們通常認為成體神經(jīng)干細胞具有發(fā)育為多種類型腦細胞的能力，然而根據(jù)加州大學舊金山分校研究人員領導的一項新研究，事實上在出生前這些細胞就被預先編程來生成非常特異的神經(jīng)元類型，至少在小鼠體內(nèi)是如此。這項研究發(fā)表在2015年6月的Cell雜志上。