Cell Stem Cell：神经干细胞活化协同作用

巴斯德研究所、法国国家科学研究中心(CNRS)和特拉维夫大学的科学家们与科尔理工学院(cole Polytechnique)和INRAE合作，成功地对斑马鱼脊椎动物模型的成年大脑神经干细胞激活进行了3D可视化和时空分布分析。他们的发现首次证明了这些细胞的活化活动在时间和空间上是协调的。特别是，这些结果可能有助于提高我们对脑瘤形成过程中触发的调控过程的理解。

　　

 

   

图像:左:神经干细胞覆盖了成年斑马鱼的两个大脑半球。中心:能够识别静止(仅绿色)、激活(绿色和洋红色)和在…

资料来源:Nicolas Dray, Laure Mancini和Laure Bally-Cuif, Institut Pasteur

在所有成年脊椎动物中，神经干细胞都可以在大脑中产生新的神经元。然而，我们对这些所谓的“激活”过程知之甚少。

巴斯德研究所、法国国家科学研究中心和特拉维夫大学的科学家与école Polytechnique和INRAE合作，成功地对斑马鱼脊椎动物模型的成年大脑神经干细胞激活进行了3D可视化和时空分布分析。

他们的发现首次证明了这些细胞的活化活动在时间和空间上是协调的。特别是，这些结果可能有助于提高我们对脑瘤形成过程中触发的调控过程的理解。这些发现发表在2021年4月5日的《细胞干细胞》杂志上。

干细胞存在于包括人类在内的脊椎动物的许多成年器官中，能够增殖和分化产生新的功能细胞。例如，大脑中的干细胞(神经干细胞)在成年后产生新的神经元。大多数时候，神经干细胞处于一种被称为“静止”的休眠状态。为了产生神经元，它们必须首先激活，然后分裂。这个活化阶段是至关重要的:它是干细胞招募的先决条件，也是它们生存的关键(过度活化的细胞很快就会精疲力竭)，也是形成神经元的位置和类型的关键。

在它们的生态位内，神经干细胞以随机顺序和不同步的方式激活并返回休眠状态，这表明这些事件可能在细胞群体水平上是协调的。巴斯德研究所斑马鱼神经遗传学部门的科学家选择斑马鱼来验证这一假设，因为斑马鱼的成年大脑含有大量的神经干细胞，在其他方面类似于哺乳动物的干细胞。通过对成鱼的活体(非侵入性)双光子成像，他们能够在干细胞的生态位上拍摄数周，并实时研究每个细胞与相邻细胞之间的激活模式。实时和长期计算模拟中进行的空间统计分析和建模表明，激活细胞产生的抑制相互作用的存在，延迟其他相邻干细胞的激活几天。通过在体内注射药物分子，科学家们还发现了相关的分子通路，即Notch信号通路。最后，他们证明了这些相互作用能够在时间和空间上稳定地产生神经元。

“这是首次对成年脊椎动物大脑中的整个神经干细胞种群进行实时和长期成像。这些发现首次证明了脊椎动物大脑中的神经干细胞激活事件在生态位内的时间和空间上是协调的，”法国国家科学研究中心的科学家、该研究的主要作者、巴斯德研究所斑马鱼神经遗传学1单位的负责人Laure Bally-Cuif评论道。出乎意料的是，这项研究也证明了干细胞本身也参与了这种协调。因此，本研究提出了一个新的概念，即干细胞群体作为一个动态系统自组织，能够在时空上协调每个个体细胞的行为。

这种调控可能发生在含有癌干细胞的肿瘤肿块中，在肿瘤肿块中，已经观察到各种静止或激活状态的干细胞。这也可能发生在其他成体器官的干细胞群中，在那里干细胞被发现在紧凑的壁龛中，如上皮细胞。