Nature:神經膠質定位是胚後期發育期間突觸位置的決定因素

2021-01-20 生物谷

突觸連接在多細胞動物神經迴路中的分布規律大部分確立於胚胎發育期間，但是隨著生物體生長突觸分布如何被保存則一直沒有搞清。在秀麗隱杆線蟲中進行的一項研究如今揭示了神經膠質定位是胚後期發育期間突觸位置的一個關鍵決定因素。

作者研究了線蟲神經環中的一對中間神經元——AIY神經元。在成年線蟲中，這些神經細胞表現出了突觸輸出的一種高度保全模式。通過監測綠色螢光蛋白標記RAB3（GFP-RAB3，一種突觸前標記）的位置，作者發現，這種突觸前分配僅在孵化後便已經存在於線蟲幼體中；就是說，它在胚胎發育中就被奠定了，並且隨著蠕蟲的生長而保持。

在一個正向遺傳學篩查中，作者分離了一個線蟲突變系，其在AIY神經元中對突觸分布的維持在生長過程中被打亂：成熟突變線蟲——而非突變幼蟲——在這些細胞中表現出了異常的GFP-RAB3定位。他們發現，這些線蟲在一種之前未命名的基因——他們將其稱為cima-1（為了迴路維護）——中具有一種功能缺失的突變。CIMA-1對於溶酶體轉運唾液蛋白表現出了序列同源性。

CIMA-1從胚胎形成到成年期都有表達。在成年線蟲中，CIMA-1大部分發現於表皮細胞但在神經元或神經膠質中卻沒有表達，並且這種蛋白質在表皮細胞中的定向表達在突變線蟲中拯救了異常的突觸前表型。這意味著表皮CIMA-1在AIY神經元的生長期間對於突觸前分布的保持是至關重要的。

腹側鞘細胞（VCSC）是膠質細胞，位於表達CIMA-1的表皮細胞和AIY神經元之間。在成熟的cima-1突變線蟲中——但非突變幼蟲，CIMA-1的缺失與VCSC向AIY神經元區域的反常擴大過程有關，這些區域通常無法接觸到這些神經膠質，並且表皮細胞中的定向CIMA-1表達逆轉了這一表型。有趣的是，在VCSC過程位置與AIY神經元突觸前位置之間存在一種強烈的時空關聯，並且切除VCSC顯著抑制了突變線蟲中的反常突觸前表型。因此這些發現表明，表皮CIMA-1通過調節VCSC形態來維持突觸分布。

更進一步的遺傳篩查揭示，在cima-1突變線蟲中觀察到，一個功能缺失突變影響的一個隔離的EGL-15(EGL-15(5A))——這是纖維母細胞生長因子受體的線蟲同族體——抑制了突觸前分布以及神經膠質缺陷，並且EGL-15(5A)在這些雙突變的表皮細胞中的表達恢復了異常的突觸前分布。此外，功能缺失的cima-1突變增加了表皮細胞中的EGL-15(5A)水平，並且在野生型線蟲的表皮細胞中過度表達的EGL-15(5A)導致了突觸保持以及VCSC缺陷。

總的來看，這些發現表明，CIMA-1反向調節了線蟲生長過程中表皮細胞中的EGL-15(5A)水平。作者指出，這降低了表皮細胞-神經膠質粘附，並因此使得神經膠質能夠被適當地放置，從而隨著動物生長，在AIY神經元中保持突觸前分布（生物谷Bioon.com）。

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Nature            doi:10.1038/nrn3571

Staying connected during growth

Darran Yates

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