当动物、昆虫或人类胚胎在营养不良的环境中生长时，它们正在发育的神经系统会首先选择任何可利用的营养物质，以便产生新的神经元。
在这个被称为器官节约的过程中，资源优先分配给神经系统，而牺牲了不那么重要的器官或组织。
新的研究表明，正在发育的神经系统甚至在单个神经元的水平上也显示出这种优先生长。在6月22日发表在《生活》杂志上的一篇文章中，“果蝇体细胞感觉神经元中FoxO的低表达保护了在营养限制下的树突生长，”康奈尔大学的研究人员发现了分子机制，有助于促进器官在细胞间的保留。
“现象我们发现类似于大脑的保留的现象,但也有非常重要的差异,“春汉说,资深作者和南希·m·塞缪尔·c·弗莱明副教授的分子生物学和遗传学在农业和生命科学学院和威尔细胞和分子生物学研究所。“在单个神经元的生长水平上，这些神经元受到保护，它们通过扩展分支变得越来越大。”
这些树枝叫做树突。它们形成了一个由神经元细胞体延伸而成的精细的手臂系统，它们可以接受外界环境的刺激。
韩和他的团队想要了解营养缺乏是如何影响单个神经元的树突生长的，然后研究身体的细胞牺牲了什么，才能让包括大脑在内的重要器官继续发育。
他们模拟营养丰富和营养贫乏的环境，将果蝇幼虫分成几组，分别接受高或低酵母饮食。然后，他们观察神经细胞是如何与体壁上邻近的皮肤细胞进行比较的。他们使用共聚焦显微镜每24小时监测一次进展，共聚焦显微镜使用激光照亮标记单个细胞的荧光标记。
“我们有非常漂亮的标记，专门标记这些神经元群，”韩说。“每一个神经元对我们来说都非常清晰——甚至是每一个分支。”
研究人员观察到，在酵母含量低的环境中，神经元的生长速度比皮肤细胞要快得多。当对营养的竞争减少时，皮肤细胞生长得更快。韩和他的团队了解到，这种差异是由一种叫做FoxO的关键基因造成的，FoxO是细胞应激反应的重要调节器。
“FoxO是一种在人体大部分细胞中都有表达的基因，”韩说。“当细胞面临营养不足时，FoxO会对系统进行制动，减缓细胞生长。”
关于FoxO特别有趣的是，仅仅因为大多数细胞都有它，并不意味着它们都在同一时间或相同的条件下使用它。韩的研究小组发现，即使在营养不良期间，果蝇神经元也很少表达FoxO，而表皮细胞表达FoxO的水平却高得多。
当可利用的营养物质减少时，FoxO会在表皮细胞中触发一种称为自噬的反应，这种反应告诉细胞通过消耗自身来自我毁灭。然而，在神经元中有限的FoxO表达保留了单个神经细胞及其树突的生长。
Han说，虽然人类拥有比果蝇更复杂的系统，但这项研究有助于为研究人类的类似现象铺平道路。
“我们的研究揭示了在营养缺乏的情况下神经系统的另一层保留，并发现了一种保护神经元的新机制。””汉说。“这些发现可能有助于开发更好的方法来治疗早期发育期间营养不良引起的问题。
合著者包括艾米·坡，18岁博士;研究生徐怡能;克里斯汀·张的19个;乔伊斯Lei的21;Kailyn李的17个;大卫拉比的那一章二十节;他们通过威尔细胞和分子生物学研究所的汉实验室以及微生物和遗传学系进行研究。坡目前是宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的博士后研究员;李目前在威尔康奈尔医学院攻读医学博士学位。
这项研究由康奈尔大学的启动基金和美国国立卫生研究院的两项拨款支持。
Jana Wiegand是农业和生命科学学院的编辑内容经理。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2020/06/neurons-thrive-even-when-malnourished