果蝇神经系统的相似性改变了变态的观点

霍华德休斯医学研究所的新研究改变了目前的观点，即果蝇的变态，即幼虫变成成虫，由两个独立的阶段组成。该研究将发表在eLife杂志上，该研究表明，虽然幼虫和成年果蝇果蝇具有截然不同的神经系统，以支持其不同的身体结构和需求，但它们的系统由具有相似结构和分子特征的神经元组成。这表明果蝇神经干细胞在苍蝇从它的祖先进化过程中发生了微小的变化，而祖先没有经历过变态。

成虫和幼虫果蝇神经系统由称为成神经细胞的同一组干细胞发育而来。这些成神经细胞经历两个单独的增殖阶段，其中它们产生多个神经元。第一阶段发生在胚胎中以产生幼虫神经系统的神经元，第二阶段发生在幼虫中以产生成人神经系统的神经元。

这些阶段在短暂的时间内分开，没有发生增殖。成体和幼虫神经元之间的相似性是由于成神经细胞的内部状态在不活动期之前和之后保持相似。“两相模式似乎将变态的想法改变为两个不同的阶段，”第一作者Haluk Lacin说。“它是从更简单的方案演变而来，例如在蚱蜢中看到的，所有神经元都是在延长的胚胎阶段产生的。”

该团队使用谱系追踪方法建立成人神经元和幼虫神经索之间的联系，这与人类脊髓相当。

该方法涉及目视筛选可公开获得的数据库以鉴定超过100行的蛋白质GAL4，其具有限于一种或几种胚胎成神经细胞的表达。为了突出这些GAL4系标记哪些神经母细胞谱系，他们为每个产生随机谱系克隆，并将它们的结构和分子表达与先前发表的胚胎神经元谱系进行比较。

“我们的研究结果表明，神经细胞增殖的两个不同阶段产生的神经元表达相似的分子标记并延伸相似的神经纤维，尽管它们在两种截然不同的神经系统中起作用，”Lacin解释说。“非变态昆虫中的成神经细胞不断繁殖。因此，我们相信，在变态演变过程中，在非变态昆虫的神经母细胞中不断增殖，不会对所产生的神经元类型产生显着影响。”

在研究过程中，研究人员还发现了三种神经母细胞，它们似乎是果蝇中段或胸段的独特成分。这些成神经细胞的存在取决于在动物身体计划发展过程中控制位置信息的基因。“这些成神经细胞中有两个会产生腿部运动神经元。由于苍蝇只在胸段有腿，因此这些节段中成神经细胞的存在表明神经发生与干细胞水平的身体计划的发展协调，”James Truman说。 - 该研究的作者。

“第三个成神经细胞是新的，似乎最近在昆虫进化过程中出现。基于解剖学和分子标记，我们提出它是通过复制相邻的干细胞而产生的，这可能使得对腿部相关行为的神经元控制更精细，例如走路和梳理。“

果蝇中的神经索已被用作模型系统超过30年，以了解成神经细胞如何产生高度复杂但有组织的组织。拉辛和杜鲁门相信，他们研究的见解现在可以研究从胚胎到成年阶段发生的分子事件如何控制果蝇中神经系统的形成和功能，并可能转化为人类。

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