Cell：大脑发育的关键调节子

　　

生物通报道：在哺乳动物的进化和发育过程中，大脑皮层都发生了显著的增加，包括正切方向和辐射状的扩展（tangential and radial expansion）。此时，大脑皮层的组织在脑部进行折叠，使皮层的神经元数量和表面面积最大化。现在，科学家们发现了这一重要过程中的一个关键的调节子，相关研究发表在四月二十五日的Cell杂志上。

哺乳动物大脑的不同区域，分别负责特定的职能，这对于大脑的发育和组织形式有着特殊的要求。在脊椎动物中，只有哺乳动物前脑的大脑皮层，会发生显著扩展和大量折叠，该区域的大脑皮层主要负责认知功能。这些大脑皮层的折叠程度越高，出现的沟回越多，可进行神经信息接收和处理的表面就越大。在人类的发育早期，胎儿大脑的表面保持平滑，直到胎儿发育约六个月时，大脑表面才出现折叠，最终人类的整个大脑将以这种折叠为主。相反，小鼠的大脑皮层不但更小，也要平滑得多。

“迄今为止，人们还并不了解在胎儿发育过程中，控制大脑扩展和折叠的机制，”德国慕尼黑大学LMU的Magdalena Götz教授说。Götz及其团队找到了参与上述分子过程，促进小鼠皮层扩展的主要因子。他们发现，一种新的核蛋白Trnp1，会使神经细胞的数量大大增加，驱使皮层进行一系列复杂的折叠。正常小鼠大脑皮层的表面比较平滑，当研究人员对小鼠Trnp1进行动态调节时，激活了大脑皮层扩展和折叠所需的所有必要步骤。

“Trnp1对于大脑皮层的扩展和折叠非常关键，在发育过程中Trnp1的表达水平受到机体的动态控制，”Götz说。在胚胎发育早期，局部的Trnp1以高浓度表达，促使能够自我更新的多能神经干细胞进行增殖，支持大脑皮层向正切方向扩展。随后，Trnp1水平下降，使多种中间前体细胞和放射状胶质细胞增多，促进大脑皮层呈辐射状扩展。在这一过程中，神经元的数量大大增加，这种细胞的有序生成和迁移，驱使大脑皮层形成折叠。

研究显示，同一个分子（Trnp1）控制着大脑皮层的扩展和折叠，甚至足以在小鼠的大脑皮层中诱使折叠出现。这一发现令科学家们感到兴奋，他们指出Trnp1是深入研究的理想起点，可以帮助人们解析整个过程背后的复杂网络，揭示细胞和分子层面的各种相互作用。Götz及其同事正在向这一方向努力，他们下一步将明确Trnp1蛋白的具体分子功能，并解析该蛋白的调节机制。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要

Trnp1 Regulates Expansion and Folding of the Mammalian Cerebral Cortex by Control of Radial Glial Fate

Evolution of the mammalian brain encompassed a remarkable increase in size of the cerebral cortex, which includes tangential and radial expansion. However, the mechanisms underlying these key features are still largely unknown. Here, we identified the DNA-associated protein Trnp1 as a regulator of cerebral cortex expansion in both of these dimensions. Gain- and loss-of-function experiments in the mouse cerebral cortex in vivo demonstrate that high Trnp1 levels promote neural stem cell self-renewal and tangential expansion. In contrast, lower levels promote radial expansion, with a potent increase of the number of intermediate progenitors and basal radial glial cells leading to folding of the otherwise smooth murine cerebral cortex. Remarkably, TRNP1 expression levels exhibit regional differences in the cerebral cortex of human fetuses, anticipating radial or tangential expansion. Thus, the dynamic regulation of Trnp1 is critical to control tangential and radial expansion of the cerebral cortex in mammals.