《细胞》：研究发现大脑发育早期的关键基因

科学家们研究了在胚胎发育不同时期完全缺失Lis1基因的转基因小鼠。结果发现，Lis1不仅对于神经上皮干细胞的分裂是必需的，而且对于辐射状祖细胞的分裂也是非常重要的。研究人员证实，Lis1保证了有丝分裂纺锤体正确地引向神经上皮干细胞的顶部和底部组分，神经上皮干细胞对称地分裂。这个研究结果能部分阐明，神经上皮干细胞和辐射状神经胶质祖细胞的对称和不对称分裂调节差异。

　　生物通报道：在脑发育的早期，大脑的第一个细胞——神经上皮干细胞——会持续地分裂，生成一组细胞，并最终分化成不同的细胞，形成完整的大脑。现在，科学家在小鼠中鉴定出一个基因，是这些干细胞正确分裂的关键。没有这个基因，干细胞将无法分裂，并且死亡掉。

这个研究结果让人们能够深入了解大脑发育的第一步，甚至可能阐明一种罕见的儿科疾病无脑回畸形（也就“光滑”大脑病）。

该研究的通信作者Anthony Wynshaw-Boris是美国加州大学旧金山分校人类遗传学研究院的教授。他在加州大学圣地亚哥分校任教授时就开展了这个研究。

科学家已经知道，小鼠的这个基因在人类中的对应形式是LIS1基因，缺失人体中LIS1基因两个拷贝的任何一个，就会阻止不成熟的神经细胞从大脑深层迁移到新生的脑皮层表面。这些不成熟的细胞是由辐射状神经胶质祖细胞所产生的，而祖细胞又是由神经上皮干细胞分化产生的。不成熟的细胞会在迁移的中途停止，产生一层厚厚的组织。

结果，脑皮层由于缺少正确连接神经细胞的流入，因此会发展成光滑的表面，没有回旋的神经组织。这导致形成的无脑回畸形病严重程度因人而异，但经常会造成智障、癫痫和儿童夭折。

科学家有证据表明，除了在未成熟神经细胞的迁移中起作用之外，人类和小鼠的该基因在辐射状神经胶质祖细胞的细胞分裂和和增殖过程中起作用。但就算有的话，研究人员也还不知道这个基因在大脑发育早期的神经上皮细胞本身中有什么具体作用。

他们的研究发表在2月8日的《细胞》杂志上。科学家们研究了在胚胎发育不同时期完全缺失Lis1基因的转基因小鼠。结果惊奇地发现，Lis1对于神经上皮干细胞的分裂是必需的。尽管不是必须的，但它对于辐射状祖细胞的分裂也是非常重要的。

他们证明了，Lis1能保证神经上皮干细胞对称地分裂，因此两个子细胞都收到复制好的全套染色体，以及保持细胞功能的分子组分。Lis1通过帮助调节有丝分裂纺锤体的方向，而实现了上述功能。纺锤体的微管将两套染色体分别拉到分裂中母细胞的两端位置，然后在细胞分裂分割点的中部分离开。

特别地，Lis1保证了有丝分裂纺锤体正确地引向神经上皮干细胞的顶部和底部组分，因此每个子细胞不仅接收到合适的遗传物质，而且包含细胞膜顶部和底部的分子组分。 

 Wynshaw-Boris说，在神经上皮干细胞中，底部和底部质膜仅仅是全部细胞膜的极小部分，因此分裂的方向必须受到精确的调控，以保证每个子细胞的两边都依附到顶部和底部表面，这样细胞才能快速分裂，将顶部和底部的组分平均地分配到子细胞。

科学家推测，Lis1通过引导分子马达动力蛋白（Dynein）到细胞膜两边的表面而行使前述功能。动力蛋白在那会固定下来，并像分子钩子一样将在细胞中部分离的微管拉过来。Wynshaw-Boris解释，就像滑轮一样，动力蛋白将微管拉过来，使得纺锤体滚动起来。缺失了Lis1，会导致微管的减少及减弱，不能让有丝分裂纺锤体沿着顶部-基地轴正确地旋转卷起微管。

值得注意的是，虽然在神经上皮干细胞中Lis1的缺失是灾难性的，但在辐射状神经胶质祖细胞中并非如此。其中原因尚未清楚，但科学家推测神经上皮干细胞需要对细胞分裂的过程进行更严格的调控。有一个事实可以支持这个观点，即神经上皮干细胞似乎总是对称分裂的，而辐射状神经胶质祖细胞常常进行不对称分类，一次分裂产生一个子细胞（辐射状神经胶质祖细胞）和一个新的神经细胞。

Wynshaw-Boris说，这个研究结果能部分阐明，神经上皮干细胞和辐射状神经胶质祖细胞的对称和不对称分裂调节差异。

更广泛一点说，这些发现表明，天生的神经迁移缺陷（如无脑回畸形）可能是由其它生理过程引起的，包括增殖和分裂等，在本研究中就是细胞分裂。它有助于了解这些罕见的遗传疾病，已经大脑正常发育过程中的重要内容。（生物通，揭鹰）