识别发育中的大脑中连接神经元的通道

　　

   

   

分节颗粒细胞的三维成像示例，绿色和橙色显示，细胞核分别为蓝色和紫色，线粒体为黄色。蓝色显示的是两个细胞之间的细连接，粉红色显示的是与含有线粒体的管相连的小室

神经解剖学家圣地亚哥Ramón y Cajal发现神经元一百多年后，科学家们继续加深他们对大脑及其发育的了解。在4月5日的《Science Advances》杂志上发表的一篇文章中，来自巴斯德研究所和CNRS的一个团队与哈佛大学合作，揭示了出生后大脑外层细胞在小脑形成过程中如何立即相互作用的新见解，小脑是大脑后部的区域。科学家们展示了一种新型的神经前体细胞之间通过纳米管的连接，甚至在突触形成之前，神经元之间的传统连接。

2009年，Chiara Zurzolo的团队(巴斯德研究所的膜交通和发病机制小组)发现了一种新的机制，通过纳米隧道在培养的神经元细胞之间直接交流，称为隧道纳米管。在神经退行性疾病期间，它们参与了在大脑中积累的各种有毒蛋白质的传播。因此，纳米管可能是治疗这些疾病或癌症的合适靶点，因为它们也存在。

在这项新的研究中，研究人员发现了连接大脑中前体细胞的纳米隧道，更具体地说，是连接小脑的纳米隧道。小脑是出生后发育的一个区域，在它们成熟为神经元时，对调整姿势以保持平衡很重要。这些隧道虽然大小相似，但形状各不相同:有些包含分支，有些没有，有些被它们连接的细胞包围，而另一些则暴露在当地环境中。作者认为，这些细胞间连接(IC)可能会使分子交换成为可能，从而帮助神经元前细胞在大脑发育过程中跨不同层进行物理迁移，并到达最终目的地。

有趣的是，IC与细胞分裂后形成的桥在解剖学上有相似之处。“IC可能源于细胞分裂，但在细胞迁移过程中持续存在，因此这项研究可以揭示大脑发育中涉及的细胞分裂和迁移之间协调的机制。另一方面，有丝分裂后在细胞之间建立的IC可以使细胞之间的直接交换超越通常的突触连接，这代表了我们对大脑连接的理解的一场革命。我们发现，大脑中不仅有突触允许细胞之间的交流，还有纳米管，”通讯作者兼膜交通和发病机制部门(巴斯德研究所/CNRS)负责人Zurzolo博士说。

为了实现这些发现，研究人员使用三维(3D)电子显微镜方法和小鼠模型的脑细胞来研究大脑区域如何相互交流。因此，可以重建非常高分辨率的神经网络地图。用于研究的3D小脑体积包含2000多个细胞。“如果你真的想了解细胞在三维环境中的行为，并绘制这些通道的位置和分布，你必须重建整个大脑生态系统，这需要20多个人在4年的时间里付出非凡的努力，”该文章的第一作者Diego Cordero说。

为了应对处理大脑包含的各种细胞类型的挑战，作者使用了一种人工智能工具来自动区分皮层。此外，他们还开发了一个名为CellWalker的开源程序来描述3D片段的形态特征。根据脑切片图像重建组织块。这个程序是免费提供的，将使科学家能够快速，轻松地分析复杂的解剖信息嵌入在这些类型的显微镜图像。

下一步将是确定这些细胞通道的生物学功能，以了解它们在中枢神经系统和其他大脑区域的发育中的作用，以及它们在神经退行性疾病和癌症中脑细胞之间沟通的功能。开发的计算工具将提供给全球其他研究团队。

3D reconstruction of the cerebellar germinal layer reveals tunneling connections between developing granule cells