Nature雌雄线虫大脑发育初期的差异机制

  线虫可能不是来自火星或金星,但其大脑中却有可以促进雄性和雌性表现不同的性别特异性回路。

  近日一项刊登在国际杂志Nature上的研究论文中,来自哥伦比亚大学的研究人员通过研究揭示了线虫神经系统中这种性二型现象产生的分子机制,相关研究由美国国家神经性疾病和卒中研究所提供资助。

  研究者Coryse St. Hillaire-Clarke博士表示,几十年来,科学家们并没有太多关注性别对生物医学很多研究领域所带来的影响,而本文研究就可以帮助我们理解性别到底如何影响大脑的神经连接性。

  在雄性或雌性的线虫(漂亮新小杆线虫或秀丽隐杆线虫)机体中往往存在少量的不同性别所特殊的神经元,而其余的神经元在两性线虫大脑中均存在,尽管雄性和雌性线虫大脑中的神经元连接模式并不相同,而如今研究人员就通过研究揭示了其大脑中神经元布线图形成的分子机制。

  研究者Hobert表示,在线虫性成熟之前其大脑的连接状态处于混合状态,包含着雄性和雌性的一些排列方式,当线虫性成熟后,其大脑往往会经历一种修剪过程,即去除去除特殊的连接形成专属的雄性或雌性模式的大脑连接。

  研究者发现,雄性和雌性线虫大脑差异的产生来自于一种基态,而线虫在该状态下包含有两性的所有特征,而从线虫发育开始区分雄性和雌性的特点就开始出现。

  随后研究者发现,线虫大脑中性别特异性的神经回路会引发二型行为的出现,他们发现,名为PHB的神经元,即化学感应大脑神经细胞可以检测环境中的化学线索,比如食物、捕食者或者潜在的交配对象,而这类神经细胞在雄性和雌性机体中都是以不同方式来发挥作用的;

  在雄性机体中,这些神经元在识别交配对象上扮演着重要作用,而在雌性机体中,这些神经元可以帮助他们消除特殊的味觉线索;

  然而在早期发育状态,雄性机体中的PHB神经元可以对调节味觉的信号产生反应,而这就说明,尽管在所有线虫机体中都发现了这种神经元,但在成年线虫中,这些神经元功能的不同或许是大脑中性别特异性神经元连接导致的结果。

  紧接着研究人员对线虫进行了遗传工程化的修饰来观察大脑细胞之间的单一连接,研究者发现,交换单个神经元的性别可以改变大脑的布线模式,并且影响雄性和雌性线虫的行为差异。

  此外研究人员还进行附加的实验揭示了线虫在发育过程中参与调节修剪过程的基因,研究者在线虫二型状态下发现可可以帮助控制基因活性的特殊转录因子,而这就可以帮助建立其大脑中的雄性和雌性神经连接;

  下一步研究人员计划检测这些特殊的分子如何靶向作用大脑修剪的神经连接。

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