生物评论第86期:Nature:重磅!科学家首次揭示完整动物神经系统

 

1、Nature:重磅!科学家首次揭示完整动物神经系统

 

近日、来自阿尔伯特·爱因斯坦医学院Scott Emmons教授研究团队在《Nature》杂志上发表了题为“Whole-animal connectomes of both Caenorhabditis elegans sexes”的研究成功,首次完整揭开动物神经系统的神秘面纱。研究提供了两种性别的秀丽隐杆线虫从感觉输入到终端输出的全部神经连接,并对行为调控网络做了多层次分析。

 

研究人员以线虫为实验对象,Emmons团队开发了能够更加准确映射神经元的软件,一方面重新制作雄性线虫的电子显微镜照片,一方面再分析Brenner的旧数据,今天我们终于得以见到首个完整的动物神经系统连接图,包括各个神经元之间的连接、从神经元到肌肉和其他组织的连接、肌肉组织之间的连接,以及这些连接强度的预估数据。

雌雄同体线虫

(图一| 雌雄同体线虫)

 

雌雄同体线虫具有302个神经元,其中8个神经元和12块性肌肉是特殊的;雄性线虫具有385个神经元,其中91个神经元和39块性肌肉是特殊的。二者的神经元差异主要存在于生殖相关功能和器官,但是许多性别共有的神经通路也存在强度的差异,可能是行为差异的原因之一。研究者估计,神经系统的性别差异应当在10%到30%之间。研究者还详细剖析了线虫各级神经网络之间的信息传递,内容颇多也颇学术。

 

真·线虫

(图二| 真·线虫)

 

Emmons团队准备继续研究神经连接与基因表达之间的关系。同时,在世界的各个角落里,不同的科学家正努力攻克果蝇、小鼠等其他实验动物的神经迷宫。

 

(评论:距离完全理解神经,虽然还很遥远,但我们已经站上了起点。)

 

文章来源:

David H. Hall & Scott W. Emmons, et al.Whole-animal connectomes of both Caenorhabditis elegans sexes.Nature(2019).https://www.nature.com/articles/s41586-019-1352-7

 

2、Nature:重磅!科学家发现免疫细胞会入侵老化大脑破坏新生神经细胞的产生

 

近日、来自斯坦福大学医学中心的科学家们在《Nature》杂志上发表了题为“Single cell analysis reveals T cell infiltration in old neurogenic niches”的研究论文,通过研究发现,免疫细胞能够浸润到老化大脑中罕见的新生神经细胞温床(rare newborn nerve cell nurseries)中,通过在培养皿培养的细胞和活体动物机体中进行研究,结果表明,免疫细胞能够分泌特殊的物质从而阻碍新的神经细胞产生。

 

哺乳动物的大脑能够在神经发生微环境中生成新的神经元,这种微环境由神经干细胞、神经前体细胞和其他几种细胞组成。微环境的功能及其产生新神经元的能力会随年龄增长而下降,这种效应被认为会促进认知功能的下降。然而,尚不清楚这种微环境是如何随年龄变化的,以及哪些因素导致了这些变化。

 

衰老大脑中的T细胞浸润

(图三 来源 nature | 衰老大脑中的T细胞浸润)

 

为了比较年轻和衰老神经发生微环境的细胞构成,美国斯坦福大学的Anne Brunet和同事对三只年轻小鼠(3月龄)和三只老年小鼠(28-29月龄)的脑细胞进行了表征。对14685个单细胞的 RNA序列分析显示,神经发生微环境存在年龄相关性变化,包括激活的神经干细胞和前体细胞的数量减少,以及衰老大脑中的T细胞(一种免疫细胞)浸润。衰老大脑的T细胞会释放一种名为干扰素γ的信号分子,经证明可以降低体外培养神经干细胞的增殖。以上结果指明了神经元补充在衰老过程中逐渐减少的一个可能原因,或为针对年龄相关性认知功能障碍的免疫策略开发铺平了道路。

 

(评论:这研究结果或能帮助寻找并追踪促进老年人大脑功能普遍恶化的分子,同时还有望开发阻断甚至逆转大脑恶化的新型疗法。)

 

文章来源:

Ben W. Dulken, Matthew T. Buckley, Paloma Navarro Negredo, et al. Single cell analysis reveals T cell infiltration in old neurogenic niches, Nature(2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1362-5

 

3、Nat Metabol:尿石素A是安全的,可以诱导改善人类线粒体和细胞健康的分子特征

 

近日,来自瑞士洛桑联邦理工学院等机构的科学家们在Nature杂志上发表了题为“The mitophagy activator urolithin A is safe and induces a molecular signature of improved mitochondrial and cellular health in humans”的研究报告,发现石榴和其它水果中名为尿石素A(Urolithin A)或能通过改善细胞线粒体的功能来帮助减缓特定的衰老过程;此外,摄入这种化合物对人类机体健康并无风险。

 

石榴

(图四 来源网络| 石榴)

 

石榴是一种因其健康效益而受到很多人欢迎的水果,其中含有鞣花单宁(ellagitannins),当被机体摄入后,这些分子就会在肠道中转化称为尿石素A,而研究人员发现,尿石素A能够减缓线粒体的衰老过程,但关键问题在于,并非每个人都能自然产生尿石素A。

 

为了解决这个问题,并确保所有参与者都能摄入相同的剂量,研究人员合成了尿石素A,研究人员招募了60名老年人参与研究,这些参与者均久坐不动但健康状况良好,其摄入尿石素A的剂量为250mg至2000mg,相比对照组而言,研究者并非发现尿石素A对参与者机体有任何副作用;这项研究中,研究者将参与者分为四组,即安慰机组、每天摄入尿石素A 250mg、500mg及1000mg,参与者持续摄入尿石素28天,最后研究者并未在参与者中发现任何负面的健康影响,甚至延长摄入时间也是如此;随后研究者通过观察参与者血液和肌肉组织中细胞和线粒体健康生物标志物的水平来评估尿石素A对机体的有益效应,结果表明,尿石素A能以一种与定期锻炼一样的方式来刺激线粒体的生物发生,即细胞增加线粒体量的过程。

 

研究者表示,尿石素A是唯一一种能重建细胞对缺陷线粒体再循环的化合物,在年轻人机体中,这一过程会自然发生,但随着年龄增长,机体就会开始失去清除功能异常线粒体的能力,从而引发少肌症和其它组织的衰减。

 

(评论:多吃石榴准是没错的)

文章来源:Pénélope A. Andreux, William Blanco-Bose, Dongryeol Ryu, et al. The mitophagy activator urolithin A is safe and induces a molecular signature of improved mitochondrial and cellular health in humansNature Metabolism(2019). DOI: 10.1038/s42255-019-0073-4

 

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