大腦認知能力獲突破進展!《科學》發現促進大腦發育期間的關鍵細胞器

2020-12-17 騰訊網

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作為在10億年前細胞中不斷進化的小型細胞器，線粒體或許對於人類進化做出了巨大貢獻，尤其是對於需要能量維持正常功能的大腦。

8月14日，一項刊登在國際雜誌Science上的研究報告中，來自Flanders生物技術研究所等機構的科學家們通過研究發現，線粒體或能在大腦發育期間調節關鍵的事件，即如何調節神經幹細胞轉變為神經細胞。線粒體會在這一精確的時期影響細胞的命運，人類大腦在這一關鍵時期的長度是小鼠的兩倍，或有望幫助研究人員解釋人類為何會在進化過程中發育出更大尺寸的大腦，以及線粒體的缺陷如何會誘發神經發育疾病的發生。

圖片來源：VIB-Ryohei Iwata

大腦是由數十億不同的神經元組成，當幹細胞停止自我更新時及分化為特殊類型的神經元時，首先就會正在發育的大腦中出現，將這一過程稱之為神經形成（neurogenesis），能精確調控大腦中複雜的結構，研究者認為，神經幹細胞產生神經時的微小差異或許就是導致大腦尺寸和複雜性的根源。

為了深入解析其中的過程，研究人員對細胞中的線粒體進行了深入研究。研究者Vanderhaeghen教授說道，最近在幹細胞領域的相關研究結果表明，線粒體會對器官發育產生直接的影響，如今研究者分析了這種情況是否以及如何在大腦中發生。

有絲分裂後皮質細胞受線粒體動態變化影響

研究人員分析了在神經發生過程中線粒體的重塑是否以及如何與神經元的命運偶聯，線粒體是一種高度動態化的細胞器，其能融合和分裂，因此研究者就想知道這些動態的變化是否與幹細胞的改變有關。

幹細胞分裂後不久，子代細胞會進行自我更新，線粒體就會發生融合，同時轉變為神經元的子代細胞還會發生高水平的分裂。增加線粒體的分裂其實會促進神經元細胞的分化，同時有絲分裂後線粒體之間的融合還會重新讓子代細胞走向自我更新的階段。因此，線粒體的動態變化對於轉變成為神經元細胞非常重要。

研究者Pierre Casimir說道，線粒體動態變化對細胞選擇的影響或許會受限於特定的時間窗口，而人類機體中受限制的時間窗口的長度恰好是小鼠的2倍。

此前研究重點分析了神經幹細胞分裂之前的重要決策，這或許對於當前細胞重編程研究領域具有重要的應用意義，即科學家們會嘗試將非神經元細胞直接轉換為用作治療目的的神經元細胞。

與小鼠細胞相比，人類細胞維持可塑性的時間或許要更長。最後，研究者表示，這可能有助於增加人類祖細胞進行自我更新的能力，促進大腦的發育並增強機體的認知能力。

原始出處：

Ryohei Iwata1,Pierre Casimir，Pierre Vanderhaeghen. Mitochondrial dynamics in postmitotic cells regulate neurogenesis, Science 14 Aug 2020:Vol. 369, Issue 6505, pp. 858-862 DOI:10.1126/science.aba9760

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