神经系统的复杂连接可能只依赖于少数几个基因和蛋白质
索尔克研究所(Salk Institute)的研究人员发现了早期大脑发育的一个惊人特征，这有助于解释复杂的神经元布线模式是如何只用少数关键基因编程的。该研究结果发表在2月3日的《科学》杂志上细胞，可能会帮助科学家开发出治疗神经系统疾病的新疗法，如肌萎缩性侧索硬化症(ALS)，并为某些癌症提供深入了解。
索尔克大学的研究人员发现，在运动神经元轴突的前沿——它的外向“电线”——以及它穿过的细胞外汤中，只有少数蛋白质在引导神经从脊髓中出来。这些分子可以吸引或排斥轴突，这取决于轴突最终与目标肌肉连接所必须经过的漫长而曲折的路径。
该研究的高级研究员萨姆·普法夫(Sam Pfaff)是索尔克基因表达实验室的教授，也是霍华德·休斯医学研究所的研究员，他说:“萌芽中的神经元必须检测它生长所经过的当地环境，并决定它在哪里，以及是否笔直生长，向左或向右移动，或停止生长。”
他说:“它通过混合和匹配少量蛋白质产物来创造复合物，告诉生长中的神经元该走哪条路，就像汽车使用接收到的GPS信号来引导它穿过一个不熟悉的城市一样。”
大脑中神经元连接的数量是人类DNA中基因数量的数百万倍大脑细胞．这是第一个试图理解生长中的神经元如何整合许多不同的信息，以导航到最终目标并建立功能连接的研究之一。
“我们专注于运动神经元它控制着肌肉运动，但同样的事情也发生在整个神经系统的胚胎发育过程中，在这个过程中，数百万个轴突在向目标移动时做出了数万亿个决定，”他说。“正是它们生长时所具有的微妙特异性，奠定了神经系统的基本结构和正常功能的基础。”
这篇论文的第一作者、普法夫实验室的博士后研究员达里奥·博纳米说，这些发现可能最终会为一些与神经细胞功能缺陷有关的临床疾病提供新的线索，比如肌萎缩性侧索硬化症，也被称为卢伽雷氏病。
博纳米说:“这些运动神经元会死于卢伽雷氏病等疾病，而且与儿童的一种遗传疾病——脊髓肌萎缩症有关。”
他补充说:“这也是试图了解胎儿神经系统发育过程中可能出现的缺陷的基础的起点。”“更好地理解这些信号可能有助于在大脑疾病或损伤后再生和重新连接电路神经系统．"
研究人员说，这项研究还提供了对癌症发展的深入了解，因为研究人员发现，一种对“推拉”信号系统至关重要的蛋白质Ret也与癌症有关。激活Ret的突变与许多不同类型的肿瘤有关。
普法夫说，研究中描述的其他蛋白质受体被称为Ephs，也与癌症有关。
“这项研究表明，细胞在其环境中检测信号的方式可能是一种普遍的策略，”他说，“我们知道，已知的基因和蛋白质主要在环境中发挥作用胚胎发育都与癌症有关。”
普法夫说:“控制神经元生长需要非常有效的信号分子，它们与疾病有关是有道理的。”“我们希望我们的发现有助于进一步解开这些联系。”
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