在哺乳動物的進(jìn)化和發(fā)育過程中，大腦皮層都發(fā)生了顯著的增加，包括正切方向和輻射狀的擴(kuò)展（tangential and radial expansion）。此時，大腦皮層的組織在腦部進(jìn)行折疊，使皮層的神經(jīng)元數(shù)量和表面面積最大化?，F(xiàn)在，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這一重要過程中的一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)子，相關(guān)研究發(fā)表在四月二十五日的Cell雜志上。

哺乳動物大腦的不同區(qū)域，分別負(fù)責(zé)特定的職能，這對于大腦的發(fā)育和組織形式有著特殊的要求。在脊椎動物中，只有哺乳動物前腦的大腦皮層，會發(fā)生顯著擴(kuò)展和大量折疊，該區(qū)域的大腦皮層主要負(fù)責(zé)認(rèn)知功能。這些大腦皮層的折疊程度越高，出現(xiàn)的溝回越多，可進(jìn)行神經(jīng)信息接收和處理的表面就越大。在人類的發(fā)育早期，胎兒大腦的表面保持平滑，直到胎兒發(fā)育約六個月時，大腦表面才出現(xiàn)折疊，最終人類的整個大腦將以這種折疊為主。相反，小鼠的大腦皮層不但更小，也要平滑得多。

“迄今為止，人們還并不了解在胎兒發(fā)育過程中，控制大腦擴(kuò)展和折疊的機(jī)制，”德國慕尼黑大學(xué)LMU的Magdalena Götz教授說。Götz及其團(tuán)隊找到了參與上述分子過程，促進(jìn)小鼠皮層擴(kuò)展的主要因子。他們發(fā)現(xiàn)，一種新的核蛋白Trnp1，會使神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量大大增加，驅(qū)使皮層進(jìn)行一系列復(fù)雜的折疊。正常小鼠大腦皮層的表面比較平滑，當(dāng)研究人員對小鼠Trnp1進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)時，激活了大腦皮層擴(kuò)展和折疊所需的所有必要步驟。

“Trnp1對于大腦皮層的擴(kuò)展和折疊非常關(guān)鍵，在發(fā)育過程中Trnp1的表達(dá)水平受到機(jī)體的動態(tài)控制，”Götz說。在胚胎發(fā)育早期，局部的Trnp1以高濃度表達(dá)，促使能夠自我更新的多能神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行增殖，支持大腦皮層向正切方向擴(kuò)展。隨后，Trnp1水平下降，使多種中間前體細(xì)胞和放射狀膠質(zhì)細(xì)胞增多，促進(jìn)大腦皮層呈輻射狀擴(kuò)展。在這一過程中，神經(jīng)元的數(shù)量大大增加，這種細(xì)胞的有序生成和遷移，驅(qū)使大腦皮層形成折疊。

研究顯示，同一個分子（Trnp1）控制著大腦皮層的擴(kuò)展和折疊，甚至足以在小鼠的大腦皮層中誘使折疊出現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)令科學(xué)家們感到興奮，他們指出Trnp1是深入研究的理想起點，可以幫助人們解析整個過程背后的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，揭示細(xì)胞和分子層面的各種相互作用。Götz及其同事正在向這一方向努力，他們下一步將明確Trnp1蛋白的具體分子功能，并解析該蛋白的調(diào)節(jié)機(jī)制。