就細胞而言，神經(jīng)元是非常奇怪的。
大多數(shù)其他細胞是帶有中央細胞核的球形斑點。然而，神經(jīng)元有各種各樣的野生和穗狀形狀，分支突起從微小的細胞體向各個方向萌發(fā)。
不同于他們的兄弟，神經(jīng)元有不同的區(qū)域。細胞是細胞核的位置。然后是軸突和樹突，神經(jīng)元的信號承載和接收部分。它們發(fā)出細長的手臂，并與其他神經(jīng)元形成連接，稱為突觸。
現(xiàn)在，由哈佛醫(yī)學院和哈佛大學HMS-FAS干細胞和再生生物學系的研究人員領(lǐng)導的研究表明，神經(jīng)元的某些部分比以前想象的要復雜得多。
研究小組在1月17日發(fā)表在《自然》雜志上的研究結(jié)果為理解構(gòu)成我們大腦的神經(jīng)細胞的持續(xù)發(fā)展增加了又一個轉(zhuǎn)折點。
在大腦的發(fā)育過程中，神經(jīng)元的投射延伸了很長的距離——有時從它們的細胞核延伸出數(shù)千個細胞體寬度——以形成對大腦功能至關(guān)重要的突觸連接。
這種距離細胞指揮中心的距離會不會給神經(jīng)細胞的信號觸角帶來一定程度的獨立性？神經(jīng)元的軸突不僅僅是信息發(fā)送器，還是從一個細胞到另一個細胞的神經(jīng)沖動？其實軸突可以自己做決定嗎？
這些都是團隊一直在探索的問題，他們發(fā)現(xiàn)了一些驚喜。
“我們不是第一個認為我們必須擁有自主權(quán)的人，”哈佛醫(yī)學院神經(jīng)科學家、哈佛大學干細胞和再生生物學教授馬克斯和安妮維恩(Max and Anne Wien)說?！吧L錐需要幾個小時才能向核心發(fā)回信號，找到‘下一個命令’，通過在實驗室觀察軸突的生長情況，可以清楚地看到，即使被切斷與細胞體的聯(lián)系，生長錐也能向目標移動?！?
所有這些觀察促使麥克利斯和他的同事們想知道，當連接大腦中極其復雜的電路時，不同類型的生長錐是否可以使用明顯的自主性。
麥克利斯和他的同事開發(fā)了新的實驗和分析方法，使他們能夠跟蹤同一神經(jīng)元不同區(qū)域活動的分子足跡。這些方法使研究人員能夠?qū)⑤S突的工作與細胞體的工作分開，有效地“審計”大腦發(fā)育過程中每個人的工作。
最大的驚喜來自回顧神經(jīng)元的生長錐——軸突觸須的最外端，它發(fā)育成信號轉(zhuǎn)導突觸。這一部分包含了許多獨立細胞的分子機制，包括參與生長、代謝、信號轉(zhuǎn)導等的蛋白質(zhì)。
麥克萊斯說，這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了細胞核和細胞體是神經(jīng)元控制中心的教條。相反，它提出了一個更復雜的決策網(wǎng)絡(luò)和遠離中央指揮的半獨立單位的存在。
他說：“我們的結(jié)果表明，生長錐可以從外界獲取信息，做出局部信號決定，在沒有細胞體的情況下發(fā)揮半自主作用?！斑@是神經(jīng)元的一種新的思維方式?！?
神經(jīng)元的細胞體傳統(tǒng)上被認為是一臺大型計算機，其軸突像銅線一樣指向突觸。但這項新工作提出了另一種模式。Macklis提出，細胞體可以像一臺服務(wù)器，連接到一臺智能PC上，具有與世界對接的能力。
此前，想要研究軸突生長的分子基礎(chǔ)的科學家必須在實驗室中培養(yǎng)通常混合的神經(jīng)元群體，這樣他們就可以小心地將軸突從細胞的其他部分切斷。然而，將神經(jīng)元放在培養(yǎng)皿中會改變它們的分子含量，使它們不同于大腦本身的神經(jīng)元。此外，這些傳統(tǒng)方法無法將一種特定類型的神經(jīng)元與其他類型的神經(jīng)元分開，因此無法確定是什么使特定的腦回路在正常大腦中如此精確地組裝，以及是什么驅(qū)動了疾病中看到的組裝失真。新方法克服了這一障礙，使科學家能夠直接準確地分析小鼠大腦中特定類型的神經(jīng)元及其子腔。
Macklis和他的團隊歸巢于所謂的胼胝體投射神經(jīng)元，這些神經(jīng)元連接大腦的兩個半球并實現(xiàn)它們之間的交流。為了識別這些神經(jīng)元的不同亞細胞部分，研究小組用熒光蛋白基因標記了細胞核或軸突及其生長錐。接下來，研究人員分離了神經(jīng)細胞體的軸突生長錐，并對各部分的蛋白質(zhì)組和RNA轉(zhuǎn)錄物進行了定量和全面的作圖。令他們驚訝的是，生長錐中含有數(shù)百種獨特且高度富集的RNA轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)，甚至在細胞中也沒有檢測到噪音。
據(jù)研究人員稱，如果在進一步的研究中得到證實，這些發(fā)現(xiàn)可能會推翻神經(jīng)科學的長期教條。
Macklis說：“我們的結(jié)果表明，與腎臟或肝臟細胞或我們認為的大多數(shù)細胞不同，神經(jīng)元沒有單一的轉(zhuǎn)錄組或蛋白組，而是有多個亞細胞定位轉(zhuǎn)錄組和蛋白組。
還有各種其他分子參與細胞的維持和生長，人們不希望在生長錐中看到這些分子。這個不斷生長的軸突的分子特征看起來更像是一個自給自足的細胞，而不是一根從細胞核中攜帶信息的銅線。
這些發(fā)現(xiàn)可能會重塑未來神經(jīng)科學家接近神經(jīng)系統(tǒng)的方式，并推動他們探索軸突，尋找有價值的線索。
“我們希望我們的方法能夠為研究開辟一條新的道路，”麥克萊斯說?！按送?，這些探索將對從神經(jīng)回路形成和神經(jīng)布線以及疾病到神經(jīng)再生的各種過程產(chǎn)生重要的見解。”
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