小鼠GABA能神經元發育中前體細胞成熟能力的時序調控機制解析

來源：作者：人氣：-發表時間：2025-07-09 11:18:00【大中小】

摘要：本研究揭示了小鼠端腦GABA能神經元發育過程中前體細胞分化能力與成熟能力的時序調控機制。

在哺乳動物大腦發育過程中，GABA能抑制性神經元的多樣性產生是一個精妙調控的過程。這些神經元主要來源于腹側端腦的神經節隆起(Ganglionic Eminence, GE)，但科學家們長期以來對前體細胞如何協調產生如此多樣的神經元亞型存在疑問。更具體地說，研究者們想知道：前體細胞產生不同神經元亞型的能力（分化能力）和調控新生神經元成熟速度的能力（成熟能力）是如何隨時間變化的？這個問題對于理解大腦皮層興奮-抑制平衡的建立至關重要。

圖1 時序調控祖細胞潛能決定小鼠GABA能神經元發育的成熟過程

Max Planck Society的研究團隊在《Nature Neuroscience》發表的研究中，通過多組學方法揭示了這一過程的分子機制。他們發現雖然GE前體細胞在整個發育過程中保持穩定的分化能力，能夠持續產生相同的神經元亞型，但這些神經元亞型的成熟速度卻會隨著發育階段而變化。這種"成熟能力"的時序變化主要由染色質重塑和NFIB轉錄因子調控網絡驅動。

研究人員主要采用了以下關鍵技術方法：1) FlashTag(FT)熒光標記技術進行發育階段特異性細胞標記；2) 單細胞轉錄組測序(scRNA-seq)和單細胞染色質可及性分析(scATAC-seq)揭示分子特征；3) TrackerSeq譜系追蹤技術分析克隆發育；4) 子宮內電轉(IUE)進行基因操作；5) CUT&RUN技術分析轉錄因子結合位點。

研究結果主要包含以下幾個重要發現：

"背腹側分化能力的差異"部分顯示，與背側皮層前體細胞不同，腹側GE前體細胞在整個神經發生過程中保持穩定的分化能力，能夠持續產生相同的神經元亞型。通過比較e12.5-e16.5不同發育階段的細胞，發現背側前體細胞會隨時間逐步改變其分化能力，而腹側前體細胞則保持穩定。

"克隆多樣性在神經發生過程中持續存在"部分通過TrackerSeq技術證實，無論是早期(e12.5)還是晚期(e16.5)的GE前體細胞，都能產生多樣化的神經元克隆，且這種能力不隨發育階段改變。

圖2 GABA能神經元祖細胞穩定維持分化潛能

"早晚期出生神經元的成熟差異"部分利用FT標記技術發現，晚期出生的神經元(e16.5)在出生后6小時就能達到與早期神經元(e12.5)出生后96小時相似的成熟狀態，表明其成熟速度顯著加快。

"成熟轉變與染色質可及性的相關性"部分通過scATAC-seq分析揭示，這種成熟能力的差異與發育階段特異的染色質可及性變化相關，特別是在遠端調控元件區域。

"NFIB調控成熟能力的基因網絡"部分鑒定出NFIB轉錄因子是調控晚期神經元成熟能力的關鍵因子。SCENIC+分析顯示NFIB與TCF4、MEIS2等轉錄因子形成調控模塊，共同控制神經元成熟相關基因的表達。

"外在環境對成熟能力的影響"部分通過異時移植實驗證明，晚期胚胎環境能加速早期前體細胞來源神經元的成熟，表明外在信號也參與調控這一過程。

"NFIB功能驗證"部分通過基因敲除和過表達實驗證實，NFIB確實調控神經元成熟過程。敲除Nfib/x導致神經元成熟延遲，而過表達則加速這一過程。

這項研究的重要意義在于首次系統闡明了前體細胞分化能力與成熟能力的分離調控機制。研究發現雖然GE前體細胞能持續產生相同的神經元亞型（穩定的分化能力），但這些神經元的成熟速度會隨發育階段而改變（動態的成熟能力）。這種成熟能力的時序變化主要由NFIB轉錄因子網絡和染色質重塑驅動，同時也受到外在環境信號的調節。這一發現為理解大腦發育過程中神經元多樣性的產生提供了新視角，特別是解釋了晚期出生的神經元如何通過加速成熟來適應有限的發育時間窗口。研究建立的交互式網絡資源（https://mayerlab.net/mouse-inhibitory-neuron-development/）為領域內研究者提供了寶貴的數據平臺，將促進對GABA能神經元發育機制的進一步探索。這些發現不僅深化了對神經發育基礎過程的理解，也可能為相關神經發育疾病的機制研究提供新思路。

參考資料

[1] Temporal control of progenitor competence shapes maturation in GABAergic neuron development in mice