来源：iNature（ID：Plant_ihuman）
在大脑发育过程中，数量众多的神经元同时在大脑中搜索需要连接的神经元，他们是如何做到目的地的精确定位的？
2021年9月21日，斯坦福大学骆利群及李童超共同通讯在Cell在线发表题为“Cellular bases of olfactory circuit assembly revealed by systematic time-lapse imaging”的研究论文，该研究使用果蝇嗅觉回路来研究动态细胞过程，通过这些过程，嗅觉受体神经元 (ORN) 将轴突精确地靶向同侧和对侧触角叶中的特定肾小球。来自 30 种 ORN 类型的单个轴突的延时成像揭示了延伸速度、神经支配时间和同侧分支位置的丰富多样性，并确定同侧靶向是通过稳定瞬时间质分支发生的。
使用自适应光学校正晶格层光显微镜的快速成像表明，在接近目标时，许多表现出“探索分支”的 ORN 类型由从富含 F 肌动蛋白的中枢发出的平行微管末端分支组成。触角神经消融揭示了双侧轴突在对侧目标选择和 ORN 轴突促进突触后伙伴神经元树突细化中的重要作用。总之，这些观察结果为神经元布线特异性建立提供了细胞基础。
神经系统的正常功能依赖于神经回路的精确组装。在发育过程中，单个神经元延伸其轴突和树突以与其突触伙伴相匹配。轴突由生长锥引导，生长锥在其旅程的每一步都在复杂的细胞外环境中导航。许多神经元在任何给定的神经区域内同时执行此操作。尽管在过去几十年中在识别控制轴突导向、树突形成和目标选择的分子方面取得了很大进展，但内大多数布线分子在回路组装过程中起作用的特征还没有很好地表征。
由于其高时间分辨率，延时成像已被用于定义神经元布线中的关键细胞事件。值得注意的例子包括发现组织培养中的生长锥动力学；在蚱蜢肢体芽中识别轴突引导的路标细胞；表征小鼠视交叉处视网膜神经节细胞的生长锥动力学；确定覆盖果蝇、斑马鱼和秀丽隐杆线虫体表的感觉树突和轴突之间的排斥相互作用；研究鱼类和两栖动物视网膜保护系统中树突生长和突触形成的关系。大多数研究都集中在特定发育阶段的一组细胞上。目前尚不清楚同一神经元的生长锥动力学如何在回路组装的不同阶段发生变化，以及同一回路中不同类型的神经元遵循相同规则的程度。
文章模式图（图源自Cell）
果蝇嗅觉系统已成为研究神经回路组装机制的模型。50 种嗅觉受体神经元 (ORN) 的轴突和 50 种投射神经元 (PN) 的树突在触角叶中的 50 个离散的、刻板的、可单独识别的形成一对一的连接，以传递来自 pe 的嗅觉信息- 大脑的成熟。在成人嗅觉系统的组装过程中，PN 首先延伸树突以建立粗略图。然后，ORN 轴突选择背外侧或腹内侧轨迹来环绕触角叶，穿过中线，并侵入同侧和对侧触角叶以寻找它们的突触伙伴。已经确定了多种细胞和分子机制，直接靶向选定的 PN 和 ORN 类型的树突和轴突；果蝇嗅觉系统中首次发现的一些机制随后被发现在连接哺乳动物大脑时是保守的。
在这里，基于先前用于研究外植体培养中果蝇视觉系统的方法，该研究开发了一种触角脑外植体制剂，它概括了嗅觉回路通过它在体内组装。高分辨率自适应光学晶格光片显微镜 (AO-LLSM) 使该研究能够在 ORN 轴突到达目标之前发现轴突末端结构。该研究还发现 ORN 轴突末端的细胞骨架组织与原代培养中神经元的经典生长锥的细胞骨架组织有很大不同。最后，ORN 轴突消融揭示了双侧 ORN 轴突在对侧目标选择中的重要作用，以及 ORN 轴突促进 PN 的树突细化的重要作用。总之，这些观察结果为神经元布线特异性建立提供了细胞基础。
参考消息：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01013-8
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