Nature雌雄线虫大脑发育初期的差异机制

　　线虫可能不是来自火星或金星，但其大脑中却有可以促进雄性和雌性表现不同的性别特异性回路。

　　近日一项刊登在国际杂志Nature上的研究论文中，来自哥伦比亚大学的研究人员通过研究揭示了线虫神经系统中这种性二型现象产生的分子机制，相关研究由美国国家神经性疾病和卒中研究所提供资助。

　　研究者Coryse St. Hillaire-Clarke博士表示，几十年来，科学家们并没有太多关注性别对生物医学很多研究领域所带来的影响，而本文研究就可以帮助我们理解性别到底如何影响大脑的神经连接性。

　　在雄性或雌性的线虫(漂亮新小杆线虫或秀丽隐杆线虫)机体中往往存在少量的不同性别所特殊的神经元，而其余的神经元在两性线虫大脑中均存在，尽管雄性和雌性线虫大脑中的神经元连接模式并不相同，而如今研究人员就通过研究揭示了其大脑中神经元布线图形成的分子机制。

　　研究者Hobert表示，在线虫性成熟之前其大脑的连接状态处于混合状态，包含着雄性和雌性的一些排列方式，当线虫性成熟后，其大脑往往会经历一种修剪过程，即去除去除特殊的连接形成专属的雄性或雌性模式的大脑连接。

　　研究者发现，雄性和雌性线虫大脑差异的产生来自于一种基态，而线虫在该状态下包含有两性的所有特征，而从线虫发育开始区分雄性和雌性的特点就开始出现。

　　随后研究者发现，线虫大脑中性别特异性的神经回路会引发二型行为的出现，他们发现，名为PHB的神经元，即化学感应大脑神经细胞可以检测环境中的化学线索，比如食物、捕食者或者潜在的交配对象，而这类神经细胞在雄性和雌性机体中都是以不同方式来发挥作用的;

　　在雄性机体中，这些神经元在识别交配对象上扮演着重要作用，而在雌性机体中，这些神经元可以帮助他们消除特殊的味觉线索;

　　然而在早期发育状态，雄性机体中的PHB神经元可以对调节味觉的信号产生反应，而这就说明，尽管在所有线虫机体中都发现了这种神经元，但在成年线虫中，这些神经元功能的不同或许是大脑中性别特异性神经元连接导致的结果。

　　紧接着研究人员对线虫进行了遗传工程化的修饰来观察大脑细胞之间的单一连接，研究者发现，交换单个神经元的性别可以改变大脑的布线模式，并且影响雄性和雌性线虫的行为差异。

　　此外研究人员还进行附加的实验揭示了线虫在发育过程中参与调节修剪过程的基因，研究者在线虫二型状态下发现可可以帮助控制基因活性的特殊转录因子，而这就可以帮助建立其大脑中的雄性和雌性神经连接;

　　下一步研究人员计划检测这些特殊的分子如何靶向作用大脑修剪的神经连接。

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　　Cell子刊：衰老或寿命的遗传开关

　　什么时候真正开始衰老?最近，美国西北大学的两位科学家给出了一个分子线索。在对秀丽隐杆线虫进行的一项研究中，他们发现，当动物达到生殖成熟后，成年细胞突然开始走下坡路。这项研究，以一项十年研究为基础，将发表在七月二十三日发行的《Molecular Cell》。

　　一个遗传开关，通过关闭保护细胞的应激反应，开始了衰老过程，应激反应可通过保持重要的蛋白质是折叠的和功能性的，来保护细胞。该开关是由生殖干细胞在成年早期开启，在动物开始繁殖后。

　　研究人员报告说，虽然这项研究是在线虫中进行的，但是这些结果对人类也有一定的影响。科学家确定，这个遗传开关和其他组件，在所有动物(包括人类)的衰老中扮演保守的角色，从而为将来的研究提供了靶标。(线虫具有类似于人类的生化环境，是衰老生物学研究一个热门工具，并作为人类疾病的模型。)

　　了解关于“质量控制系统如何在细胞中起作用”的更多信息，将来可以帮助研究人员弄清楚“如何为人类提供更好的细胞生活质量”，因此延缓与衰老相关的退行性疾病，如神经退行性疾病。

　　这项研究的资深作者Richard I. Morimoto说：“如果人们能在其一生中保持较长时间健康和丰富的生活，社会不就更好了吗?我非常感兴趣的是，尽可能地保持质量控制系统处于最佳状态，现在我们有了一个靶标。我们的研究结果表明，应该有一种方法，打开这个基因开关，并通过提高我们老化细胞的抵抗力，来保护它们。”

　　在线虫中，衰退是从进入成年期的八小时开始——所有的开关都切断动物的细胞应激保护机制。Morimoto及其博士后研究人员、论文第一作者Johnathan Labbadia发现，是负责制造卵子和精子的生殖干细胞控制着这个开关。

　　在动物中，包括人类和线虫，热休克反应是合适的蛋白质折叠和细胞健康所必需的。衰老与质量控制的下降有关，所以，Morimoto和Labbadia特别关注秀丽线虫的热休克反应。

　　Morimoto说：“我们看到，在成年早期开始，保护性热休克反应出现了一个戏剧性的崩溃。”Morimoto和Labbadia发现，遗传开关发生在一个有机体的两大组织(生殖细胞和体细胞)之间，它们决定着物种的未来。一旦生殖细胞完成其功能并产生精子和卵子，它就发送信号到细胞组织，关闭保护机制，从而开始成年动物的衰退。

　　Morimoto说：“线虫告诉我们，衰老不是一系列连续的事件，有不少人认为它是。在一个系统中，我们通过实验发现了衰老的一个非常精确的开关。所有这些应激通路(确保组织功能的稳健性)对于生命是必不可少的，所以我们意想不到的是，进入成年期8小时后遗传开关开始打开，从而导致热休克反应和其他细胞应激反应的同时抑制。”

　　使用遗传和生物化学相结合的方法，Morimoto和Labbadia发现，在成年早期的一到四小时内，保护性热休克反应急剧下降，这正是在生殖成熟的开始。动物在行为上仍然表现正常，但科学家可以看到分子的变化，以及蛋白质质量控制的下降。

　　在一个实验中，研究人员阻止生殖细胞，不让其发送信号关闭细胞的质量控制。他们发现，成年动物的体组织仍然是强大的和抗应激的。

　　Morimoto说：“这些结果很有趣。在某种意义上，我们有一种超级抗应激的动物，可强劲地对抗各种细胞的应激和蛋白质伤害。这一遗传开关为我们未来的研究提供了一个靶标。”