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[博士论文] 胡兵兵
神经生物学 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:哺乳动物中枢神经系统轴突损伤后非常难再生,其结果往往导致运动和感觉永久损伤。相比之下,斑马鱼中枢神经系统中的许多轴突在损伤后,仍具有很好的再生能力,能够精确地和功能性地重新支配它们的靶位点。斑马鱼幼鱼通体透明,我们可以活体在位的情况下实时观察斑马鱼幼鱼中枢神经系统的轴突变性和再生的过程,因此斑马鱼是研究中枢神经系统轴突变性和再生的一个极好的模型。之前的研究显示斑马鱼毛特纳细胞在脊髓机械损伤后再生能力很弱,然而不同于这些结果,我们发现当使用双光子激光毁损轴突后,毛特纳细胞表现出极强的轴突再生能力。我们使用蔡司LSM710双光子显微镜,对Tol-056品系斑马鱼幼鱼中被绿色荧光标记的单侧毛特纳细胞轴突实施精确位点的轴突切断手术。我们的结果显示,激光损伤后24小时远心端的轴突几乎降解完毕。之后,近心端的轴突开始了强劲的再生,很多轴突在损伤后4天时几乎再生完全。不仅如此,当我们结合单细胞电转方法,针对红色荧光染料标记Tg(mbp:EGFP-CAAX)转基因品系幼鱼中的毛特纳细胞实施激光轴突切断术后,我们还观察到再生出的轴突会被髓鞘重新包裹。据我们所知,这是活体斑马鱼中枢神经系统中再生轴突髓鞘再生的首次描述。更进一步我们发现,当我们用单细胞电转方法将Syp:EGFP和DsRed2两种质粒导入毛特纳细胞以同时标记轴突和突触,激光损伤轴突后,我们观察到轴突再生过程中伴随着突触的重建。因此,我们的结果提供了斑马鱼中枢神经系统突触重建的首个活体证据。最后,我们证明了微管解聚药物诺考达唑的给药处理完全剥夺了毛特纳细胞轴突再生的能力。综合这些结果表明,毛特纳细胞激光轴突损伤后的活体成像研究为理解中枢神经系统轴突再生的细胞和分子机制提供了强大的分析模型。
摘要:脊椎动物中,神经冲动的快速传导依赖于轴突被髓鞘包裹。在中枢神经系统中,髓鞘由少突胶质细胞形成。发育过程中,一类神经前体细胞产生OPCs,随着OPCs 增殖并迁移最终在大脑和脊髓中均匀分布。在胚胎发育后期和出生后早期,许多OPCs 停止分裂并分化成少突胶质细胞。每个少突胶质细胞可以包裹许多根轴突,每一根轴突也同时被许多少突胶质细胞均匀地包裹。活体实时观察单个OPC 的发育动态变化以及损伤后的反应有利于深入了解少突胶质细胞的功能。幼年斑马鱼的顶盖分为两个主要区域:一个是室周层,这一层主要是顶盖神经元的胞体层,另一个是神经纤维层,主要包含了顶盖神经元的树突及神经节细胞投射来的轴突。斑马鱼幼鱼的顶盖就位于表层,非常利于活体成像。本研究中我们利用Tg(olig2:egfp)转基因鱼活体观察了顶盖中GFP 标记的OPCs 的发育状况,结合双光子毁损细胞的方法我们可以毁损顶盖中单个或多个OPCs 以观察毁损情况下残余OPCs 的行为变化以及再生情况。另外实验中我们发现OPCs 和小胶质细胞之间有很密切的联系,这为我们认识胶质细胞之间的相互作用提供了很好的在位活体实时观察的模型。
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