了解数百种不同类型的脑细胞是如何从数千个基因的独特表达中发展出来的，不仅可以增强对大脑在健康状态下如何工作的理解，还可以加深对疾病的理解...从成千上万个基因的独特表达中了解数百种不同类型的脑细胞如何发育，不仅可以增强对大脑在健康状态下如何工作的理解，还可以加深对疾病中问题的理解。麻省理工学院的一项新研究准确地探究了这个问题。果蝇的两种神经元类型。分子逻辑& rdquo结果表明，即使是相似的细胞也会推拉许多杠杆来开发不同的功能。

总而言之，该分析使研究小组能够开始建立一个使这两种细胞不同的分子差异模型，尽管lyttleton说，他们仍然需要做更多的工作来了解基因表达差异的整个内容如何定义这两种神经元的独特属性。图表类型

在神经元的研究中，Picower学习与记忆研究所的一组神经生物学家发现，这两种密切相关的神经元亚型之间，有超过800个基因(约占神经元编码基因总数的5%)的表达方式存在差异。果蝇基因组。通过操纵表达差异最大的基因，科学家可以展示它们如何在细胞之间产生一些可观察到的差异。

Troy ·，该研究的高级作者，麻省理工学院生物系和大脑与认知科学系Menicon的神经科学教授；特洛伊·利特尔顿说:神经科学领域正试图在全球范围内识别所有不同类型的神经元，以定义它们独特的特征和基因表达谱。& rdquo& ldquo这些信息可以作为一个工具包来研究新发现的疾病基因是如何映射到那些特定的神经元上的，从而显示哪些神经元可能受到特定大脑疾病的影响最严重。& rdquo

& ldquo我们希望使用果蝇作为一种方法，看看我们是否可以实际确定两个相似神经元的转录组如何被差异地用于理解哪些关键基因指定了它们独特的结构和功能特征。& rdquo

用显微镜

研究中比较的两种类型的神经元都来自苍蝇的脊髓，并通过在称为突触的连接处释放神经递质谷氨酸来控制肌肉。这些神经元的主要功能差异是& ldquoStage & rdquo神经元连接许多肌肉，偶尔会释放大量谷氨酸，而& ldquo补充& rdquo每个神经元只连接到一块肌肉，并提供更多化学物质的持续注入。这种双重性也存在于人脑神经元中，提供了灵活的控制范围。

Suresh Jetti是Picower研究所的博士后研究员，他领导Littleton实验室确定了这两种神经元的不同之处。研究小组首先表征了两种细胞类型在形态和功能上的差异，然后以较高的准确度观察了基因表达谱或转录组。

仔细检查后，强直细胞和相细胞表现出许多重要的区别。相位神经元在单个肌肉上产生的突触比紧张神经元少，但因为它们支配更多的肌肉，所以相位神经元必须产生大约四倍于突触总数的突触。由于树突(通向细胞的分支)的范围更广，强直性神经元从其他神经元获得更多的输入。

在输出方面，相位神经元在受到刺激时会产生更强的信号，比紧张神经元更容易发出信号。分析表明，促进谷氨酸释放的突触部位(称为活动区(AZ))在阶段性神经元中比在紧张性神经元中吸收更多的钙离子。

一个特别新的有趣的发现是，紧张神经元和时相神经元中的AZ呈现不同的形状。僵硬的AZ是圆形的，就像甜甜圈一样，而相AZ更像三角形或星形。Lyttleton推测，这种差异可能导致更多的钙离子涌入阶段性活跃区域，这可能解释了为什么它们比紧张性神经元释放更多的谷氨酸。

表达他们的不同

为了评估基因表达，Jetti使用了一种叫做& ldquo同种型patchseq & rdquo他在数百只果蝇中识别出相同的紧张和时相神经元，并从它们各自的细胞核和细胞体中提取RNA。Littleton表示，虽然这项技术非常辛苦，但它为团队提供了极其丰富的转录组信息，这些信息来自精确的感兴趣细胞，不仅包括两种细胞类型的基因表达差异，还包括基因剪接和RNA编辑的差异。

总之，两种神经元类型之间有822个基因的表达存在显著差异。已知大约有35个基因帮助指导轴突分支的生长，神经元通过延伸轴突分支与肌肉建立联系。这一系列的差异解释了为什么紧张性神经元只支配一块肌肉，而阶段性神经元支配多块肌肉。

其他差异表达的基因与突触的结构和功能有关，而另外20多个基因表明，每个神经元对输入敏感的神经调节化学物质存在差异。

研究小组发现，转运蛋白在阶段性神经元中的表达更显著，这可能解释了它们如何满足在许多肌肉中形成更多突触的更大需求。研究小组还发现，紧张性神经元表达& ldquo唾液酸化& rdquo将糖附着在突触膜上的蛋白质上的基因，以及阶段性神经元表达独特的& ldquo泛素& rdquo基因可以分解蛋白质。

在记录了哪些基因差异最大后，研究小组开始通过破坏它们的功能并观察它们如何影响细胞来确定它们的功能。

例如，捷迪、利特尔顿及其同事发现，干扰特定的泛素化基因会导致阶段性神经元的突触过度生长。同时，破坏唾液酸化会导致强直性神经元突触生长不足。强直性神经元还表达了40多次一种叫做Wnt4的基因，破坏Wnt4会减少这个神经元群中突触的生长。

科学家还发现，时相神经元表达的钙缓冲基因比紧张神经元多30倍。当他们突变基因以破坏其功能时，他们发现通常具有较低基线钙水平的相神经元现在显示出与紧张神经元相似的较高的静息钙水平。

在另一个实验中，他们表明，通过干扰每个神经元中细胞骨架基因的极高表达，可以明显破坏每个细胞的AZ形状。当研究小组减少相位神经元表达的基因数量时，它们的AZ变长，但刚性AZ不受影响。当研究小组减少相位神经元中高表达的基因时，它们的AZ变得不那么圆，但这并不影响相位细胞中的AZ。