http://www.physorg.com/news125762311.html
March 26, 2008
在腦部發展最早的日子中，腦的第一個細胞 -- 神經上皮幹細胞（neuroepithelial stem cells）-- 會連續不斷地分裂，產生一個族群的細胞，那最終將發育成完全形成的腦當中的各類型細胞。現在，科學家在老鼠身上鑑別出一種基因，對於這些幹細胞分裂正確與否相當關鍵。沒有了它，它們將分裂失敗，並且死亡。
科學家說，這項發現使我們能洞悉腦部發展的第一步，也許能夠闡明一種罕見兒科疾病，稱為平腦症（lissencephaly，腦迴發育不良），或稱「smooth brain」disease。
本研究資深作者是 Anthony Wynshaw-Boris, MD, PhD，UCSF 最近聘用的兒科系遺傳組主任與人類遺傳學研究所所長。他在 UCSD 擔任教授時完成這項研究。有數位此研究的共同作者連同 Wynshaw-Boris 前往 UCSF 實驗室。
科學家已知，失去這種人類類型基因，稱為 LIS1，二份拷貝當中的一份，將使得發育未成熟的神經細胞，無法從腦部深處遷移到新興的大腦皮層。這些未成熟細胞，出自於所謂的放射狀神經膠質前驅細胞（radial glial progenitor cells） -- 那從神經上皮幹細胞發育而來 -- 在其遷移的中點拖延，產生很厚一層組織。
結果，大腦皮層因缺乏適當連結之神經細胞匯集（influx），結果發展出光滑平坦的表面，並缺乏迴旋狀的神經組織。所造成的疾病，平腦症，有著不同的嚴重程度，不過經常會導致遲緩、痙攣與幼兒時期的提早死亡。
科學家有證據指出，除了它們在發育未全之神經細胞遷移中所扮演的角色外，人、鼠類型的基因在放射狀神經膠質前驅細胞的細胞分裂與增殖中，或許也扮演某種角色。然而，科學家仍不知這種角色會是什麼。他們也不知道這種基因在更早期的腦部生長中 -- 即神經上皮幹細本身 -- 扮演何種角色，如果有的話。
在他們的研究中，於 2/8 當期的 Cell 報導，科學家在老鼠胚胎生長各個步驟中，研究剔除 Lis1 基因的胚胎。他們發現 Lis1 對神經上皮幹細胞中的細胞分裂不可或缺。它對於放射狀神經膠質前驅細胞的細胞分裂也很重要，但並非不可或缺。
他們證明 Lis1 在確保神經上皮幹細胞對稱性的分裂中扮演關鍵角色，可以讓子代細胞都接受到完整一套已複製的染色體以及支持細胞機能的分子成份。它藉由協助控管有絲分裂紡錘體（mitotic spindles）而辦到這件事-- 這種微小管將二套染色體分別拉向分裂中的母細胞二側，那在它們的中央定出了界線（demarcate），及細胞分裂的分裂點。
特別的是，Lis1 確保有絲分裂紡錘絲能與神經上皮幹細胞頂部與底部的成份成垂直方向，所以每個子代細胞不只能夠獲得相稱的遺傳物質，也能包含細胞膜頂部與底部（或稱 basal 與 apical）各自的分子成份。
"在神經上皮幹細胞中，頂端與基底的質膜（plasma membranes）只佔整個細胞膜的一小部份，故分裂的方向必須精確地受到控制，不是在它們迅速分裂時，確保二邊的每個子代細胞都能附屬於頂部與底部表面，就是公平分配頂端與基底的成份給子代細胞，" Wynshaw-Boris 說。
科學家假設，Lis1 藉由指揮分子馬達（molecular motor），稱為動力蛋白（dynein）移動到細胞膜二端的表面來完成這件事。在此，動力蛋白抓住一固定地點，而且如同一個分子鉤，將發源自細胞中央的微小管拉向它。
"如同一套滑輪組，動力蛋白將微小管拖向它，接著旋轉紡錘體，" Wynshaw-Boris 指出。
失去 Lis1，將導致微小管減少與衰弱，而失能的有絲分裂紡錘體將無法使微小管在頂端--基底軸線上適當地旋轉。
值得注意的是，雖然失去 Lis1 對於神經上皮幹細胞來說是場災難，不過在放射狀神經膠質前驅細胞中卻並非如此。理由並未全然釐清，Wynshaw-Boris 說，不過科學家提出假說，神經上皮幹細胞需要更緊密控制細胞分裂的平面。因為神經上皮幹細胞似乎一直都對稱分裂，而放射狀神經膠質前驅細胞則經常不對稱的分裂，以產生一個子代細胞（放射狀神經膠質前驅細胞）以及一個新生的神經細胞。
"這項研究闡明了神經上皮幹細胞與放射狀神經膠質前驅細胞，在對稱與不對稱控管中的差異，" Wynshaw-Boris 說。
更概括的說，他說，這些發現指出神經遷移出生缺陷，諸如平腦症，也許起因於其他過程中的缺陷，包括增殖、分裂與此例中的幹細胞分裂。"它讓我們得以洞悉這些罕見疾病，以及是什麼對於正常的腦發展很重要。"
※ 相關報導：
＊ Neuroepithelial Stem Cell Proliferation Requires LIS1 for Precise Spindle Orientation and Symmetric Division
http://www.cell.com/content/article/abstract?uid=PIIS0092867408001268
Jessica Yingling, Yong Ha Youn, Dawn Darling,
Kazuhito Toyo-oka, Tiziano Pramparo, Shinji Hirotsune, and
Anthony Wynshaw-Boris
Cell, Vol 132, 474-486, 08 February 2008
＊ 腦損傷後：新神經細胞源自於神經幹細胞
＊ 科學家在漸凍人症上的突破
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