在大腦發育的最初幾天，大腦的第一個細胞--神經上皮幹細胞--不斷分裂，產生一個細胞群，最終進化成完整大腦的各種細胞。現在，科學家們已經在老鼠身上發現了一種基因，該基因對於這些幹細胞正確分裂至關重要。沒有它，他們分裂不成，死了。
這一發現提供了對大腦發育第一步的深入了解，科學家們說，這可能會揭示一種罕見的兒科疾病，稱為無腦畸形或“平滑腦”疾病。
科學家們已經知道，人類基因LIS1的兩個拷貝之一的缺失會阻止未成熟的神經細胞從大腦深處遷移到新興大腦皮層的表面。這些由所謂的放射狀膠質祖細胞產生的未成熟細胞--反過來又從神經上皮幹細胞進化而來--在它們的遷移過程中停滯不前，形成一層厚厚的組織。
因此，缺乏正確連接的神經細胞流入的大腦皮層形成了光滑的表面，沒有迴旋的神經組織。由此產生的疾病，即無腦畸形，其嚴重程度各不相同，但通常會導致發育遲緩、癲癇發作和兒童早期死亡。
科學家已經有證據表明，除了它們在未成熟神經細胞遷移中的作用外，人類和小鼠形式的基因可能在放射狀膠質祖細胞的細胞分裂和增殖過程中發揮作用。然而，科學家們還不知道這個角色會是什麼。他們也不知道該基因在早期大腦發育中扮演什麼角色（如果有的話）--在神經上皮幹細胞本身中。
該研究的資深作者是Anthony Wynshaw-Boris, MD, PhD，他是加州大學舊金山分校兒科遺傳學系和人類遺傳學研究所最近招聘的主任.他在加州大學聖地亞哥分校擔任教授期間進行了這項研究。該研究的幾位合著者與 Wynshaw-Boris 一起搬到了 UCSF 實驗室。
在 2 月 8 日的《細胞》雜誌上報導的研究中，科學家們研究了經過基因工程改造的胚胎小鼠在胚胎髮育的不同階段細胞中完全缺乏 Lis1。在一個令人驚訝的發現中，他們發現 Lis1 對神經上皮幹細胞的細胞分裂至關重要。它對於放射狀膠質祖細胞的細胞分裂也很重要，但不是必需的。
他們表明，Lis 1 在確保神經上皮幹細胞對稱分裂方面發揮著關鍵作用，因此兩個子細胞都接受了全套複製的染色體和支持細胞功能的分子成分。它通過幫助調節細胞的有絲分裂紡錘體的方向來做到這一點 - 微管將兩組染色體拉入分裂母細胞兩側的位置，並在它們的中心劃定細胞分裂的分裂點。
具體來說，Lis 1 確保有絲分裂紡錘體的方向垂直於神經上皮幹細胞的頂部和底部成分，這樣每個子細胞不僅接收到適當的遺傳物質，而且頂部還包含分子成分和底部，或細胞膜的基底和頂端部分。
“在神經上皮幹細胞中，頂端和基底質膜僅佔整個細胞膜的一小部分，因此必須精確控制分裂方向，以確保每個子細胞的兩側當它們快速分裂或將頂端和基底成分平均分配給子細胞時，它們都附著在頂端和基底表面，”Wynshaw-Boris 說。
科學家們推測，Lis1 通過將稱為動力蛋白的分子馬達的運動引導至細胞膜兩側的表面來發揮作用。在那裡，動力蛋白處於一個固定的位置，就像一個分子鉤一樣，將從細胞中間發出的微管拉向它。
“就像滑輪一樣，動力蛋白通過它牽引微管，進而旋轉主軸，”Wynshaw-Boris 建議道。
失去Lis1，導致微管減少和減弱，有絲分裂紡錘體無法在頂-基底軸上正確旋轉微管。
值得注意的是，雖然 Lis1 的丟失在神經上皮幹細胞中是災難性的，但在放射狀膠質祖細胞中並非如此。 Wynshaw-Boris 說，原因並不完全清楚，但科學家們假設神經上皮幹細胞需要對細胞分裂平面進行更嚴格的控制。為支持這一觀點，雖然神經上皮幹細胞似乎總是對稱分裂，但放射狀膠質祖細胞經常不對稱分裂以產生一個子細胞（放射狀膠質祖細胞）和一個新生神經細胞。
“這項研究揭示了神經上皮幹細胞和放射狀膠質祖細胞中對稱和不對稱分裂調控的差異，”Wynshaw-Boris 說。
更廣泛地說，他說，研究結果表明，神經遷移出生缺陷，如無腦畸形，也可能是由其他過程的缺陷引起的，包括增殖、分裂，在這種情況下是乾細胞分裂。 “它提供了洞察力，”他說，“了解這些罕見疾病以及對正常大腦發育的重要性。”
該研究的共同第一作者是Jessica Yingling和Yong Ha Youn。該研究的其他合著者是 Dawn Darling、Kazuhito Toyo-oka、Tiziano Pramparo 和 Shinji Hirosune。
該研究由美國國立衛生研究院和國家科學基金會資助。
