放射狀膠質細胞是大腦發育最為關鍵的一種神經前體細胞,分裂產生大腦皮層幾乎所有的神經元和膠質細胞。所有動物細胞都有中心體,通常位于細胞核附近的細胞質中。然而中心體在放射狀膠質細胞內的定位十分獨特,位于遠離細胞核的頂端細胞膜上,即腦室腔的表面上。這種獨特的亞細胞特征已被發現數十年,但其成因及功能一直令人困惑。
圖1. 中心體的頂端膜錨定調控神經前體細胞機械特性和大腦皮層的大小及折疊
時松海教授和史航研究員課題組采用基于透射電鏡成像的連續超薄切片技術,首次觀察到了放射狀膠質細胞內的中心體是通過附著在母體中心粒上的遠端附屬物(distal appendages)錨定在頂端細胞膜上的(圖1)。為了探索其分子調控機制和生理功能,研究人員在大腦皮層放射狀膠質細胞內特異性地去除了遠端附屬物的重要構成蛋白CEP83,使得遠端附屬物無法形成,從而阻止中心體與細胞膜的連接。結果發現,去除CEP83蛋白后,母體中心粒上不再形成遠端附屬物,中心體和頂端膜發生了微小的錯位,不再錨定在頂端膜上。進一步研究表明,中心體這一不足1微米的位移,不是通過影響初級纖毛的形成,而是破壞了頂端膜上特有的環狀微管結構,導致頂端膜被拉伸、變硬。這一物理特性的改變引起了放射狀膠質細胞內機械敏感信號通路相關的YAP蛋白(Yes-associated protein)的過度激活,從而導致了放射狀膠質細胞前期的過度擴增以及之后中間前體細胞的增多,最終使得大腦皮層神經細胞顯著增加,體積擴大,并引發異常折疊。
論文鏈接:
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2139-6
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