研究人员揭示了细胞细长突起——cytonemes在神经发育中的重要作用。这些类似头发的结构通过直接信号传递影响神经系统的发育。通过可视化cytonemes的功能，研究人员发现它们在建立信号梯度及运输关键分子（如sonic hedgehog）中发挥关键作用。cytonemes功能受损会导致小鼠模型出现神经发育缺陷。这项研究揭示了发育生物学中此前难以捉摸的机制，为该领域的研究开辟了新途径。

关键发现

• Cytonemes是细胞上的细长突起，作为长距离信号传递的直接通道。

• 研究揭示了cytonemes在神经发育中创建信号梯度和运输关键分子的作用。

• Cytonemes功能受损会导致神经管发育缺陷，凸显其在哺乳动物组织发育中的重要性。

来源
圣犹达儿童研究医院（St. Jude Children’s Research Hospital）

研究背景

圣犹达儿童研究医院的科学家发现，cytonemes（细胞上的细长突起）在神经发育中起重要作用。这些结构在细胞间长距离通信中起桥梁作用，但在脊椎动物发育组织中难以通过显微镜捕捉。研究人员首次找到了一种方法，可视化cytonemes在哺乳动物神经系统发育过程中如何运输信号分子。相关研究成果发表在《细胞》（Cell）杂志上。

研究方法与发现

研究团队结合现代显微镜技术和优化的样本制备方法，首次在发育中的哺乳动物神经系统中可视化了cytonemes。他们发现，cytonemes作为一种“特快”系统，可以跳过中间细胞，直接将信号传递给更远的细胞，类似于只停靠主要站点的特快地铁。

其中一个主要“站点”是脊索（notochord），它产生的信号在组织发育中的脊髓中起关键作用。研究团队捕捉到了从脊索延伸出的cytonemes中的运输过程。

当研究人员阻止信号蛋白进入cytonemes时，小鼠模型的神经发育受到干扰，导致严重的神经缺陷。研究首次证明了cytonemes在复杂哺乳动物组织（如神经管）发育中的运输过程。

信号梯度的建立

哺乳动物的发育是一个需要精确协调的过程。细胞通过响应信号蛋白（称为形态发生素）的不同阈值来决定其命运。细胞在信号梯度中表现出不同的反应，从而形成不同的特征。良好的梯度对发育至关重要，而梯度异常可能导致灾难性后果。

尽管信号梯度的重要性已被广泛认可，但这些梯度如何在组织细胞中形成仍是一个谜。简单的扩散可以解释部分梯度，但无法解释全部。研究团队通过阻断信号进入cytonemes导致的神经缺陷，提供了cytonemes信号在形态发生素梯度形成中起关键作用的直接证据。

Cytonemes与Sonic Hedgehog的运输

研究团队阐明了sonic hedgehog形态发生素在神经管中梯度形成的一种方式。sonic hedgehog已被认为是神经发育中的关键信号分子，但其到达目标细胞的路径一直难以确定。研究发现，cytonemes是形成sonic hedgehog信号梯度的关键因素。当sonic hedgehog无法进入cytonemes时，其信号功能受到损害。

未来研究方向

目前尚不清楚cytonemes在发育过程中运输信号蛋白的广泛性。研究团队表示，他们以sonic hedgehog为模型，但也有证据表明这些结构可能对其他在神经管发育中至关重要的信号运输也很重要。随着可视化cytonemes的系统开发完成，研究人员可以进一步揭示其功能的真正广度。

作者与资助

该研究的第一作者是圣犹达儿童研究医院的Eric Hall。其他作者包括Miriam Dillard、Elizabeth Cleverdon等。研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）、国家癌症研究所（NCI）以及圣犹达儿童研究医院筹款组织ALSAC的支持。

关于这项神经发育研究的更多信息

• 作者：Rae Rushing

• 来源：圣犹达儿童研究医院

• 联系人：Rae Rushing – 圣犹达儿童研究医院

原始研究
开放获取文章：“Cytoneme Signaling Provides Essential Contributions to Mammalian Tissue Patterning” by Stacey Ogden et al. Cell