Neuron：新技术首次评估直接和间接神经发生在大脑皮层结构的贡献
大脑皮层是哺乳动物中最大的大脑结构，包括能够实现高级大脑功能的巨大而多样的神经细胞。皮层发育始于胚胎脑室壁祖细胞的神经发生，其经历两种基本形式的细胞分裂，产生所有谷氨酸能神经元。在直接神经发生（dNG）中，放射状神经胶质细胞（RG）经历不对称分裂以自我更新并产生一个神经元后代；在间接神经发生（iNG）中，RG不对称分裂产生中间祖细胞（IPs），然后进行对称分裂产生两个神经元。dNG在产生中枢神经系统的神经管中无处不在，而iNG仅限于前脑的端脑，尤其是大脑皮层。因此，大脑皮层大小和复杂性的变化，其根源在于分别由RG和IPs介导的直接和间接神经发生（dNG和iNG）的进化变化。
目前，一个尚未解决的主要问题是dNG和iNG如何有助于产生不同的遗传和投射定义的锥体神经元（PN）类型。此外，dNG和iNG对神经元数量、多样性和连接性的不同贡献也尚不清楚。解决这些问题需要一种方法来区分dNG和iNG，并跟踪它们在同一动物中从祖细胞类型到PN类型的发育轨迹。
近日，美国杜克大学医学中心神经生物学系Z. Josh Huang教授团队在Neuron发表研究，采用了一种新的遗传命运图示（genetic fate-mapping）方法，能在小鼠成熟皮层中同时观察dNG和iNG及其PN后代，分离出dNG和iNG对皮层结构的不同贡献。
在同一动物中差异标记dNG和iNG的遗传策略
图片摘要
为了在同一动物中区分和差异地标记dNG和iNG，研究人员在小鼠中设计了一种基因交叉和减法（IS）策略。由于所有的IPs都是由T-box转录因子（TF）Tbr2的表达定义的，于是构建了一个Tbr2-2A-Flp基因敲进谱系小鼠，Tbr2-2A-Flp启动谱系能够利用适当的Cre驱动和交叉/减法（IS）策略绘制iNG和dNG的命运图。能够在同一小鼠中对dNG和iNG及其衍生的PN后代进行差异标记。在新皮质（Ncx）的所有神经元中，发现dNG和iNG衍生的PNs分别占21.8%和78.2%。除Ncx外，iNG对基底外侧杏仁核（BLA）、Cl、Ins和Pir的贡献显著且逐渐减少。令人惊讶的是，iNG对海马PNs的贡献最大，其比例明显大于Ncx[Fig.1]（CA1、CA3和齿状回[DG]中比例分别为89.9%、87.55%和82.6%）。
Figure 1 dNG和iNG对皮层结构PNs的作用不同
iNG使新皮质PyN类型多样化
在Ncx中，dNG和iNG都产生所有的主要投射，包括IT、PT和CT。因此，研究人员评估了iNG对这些主要PN类型产生的贡献。利用Tbr2-Flp和IS与一组定义PN亚群的Cre驱动相结合的策略，观察了同一动物的每个亚群中dNG和iNG衍生的PNs的分布和形态[Fig.2]。结果发现，dNG和iNG在每个主要类别中产生不同的PN亚群，这些亚群投射到不同的皮层和皮层下区域。
Figure 2 dNG和iNG对新皮质PN投射类型的不同贡献
结论
本研究首次定量评估了dNG和iNG在大脑皮层结构中的贡献，以及对不同PN类型的贡献。并进一步揭示，沿着皮质-内侧轴，iNG的贡献逐渐降低，在杏仁核和Pir的贡献急剧减少。令人惊讶的是，iNG对Hippo的相对贡献最大，明显大于其对Ncx的贡献。这些结果表明，iNG本身的升高可能并不是简单地导致细胞结构的分层增加。更可能的是，iNG的根本结果是细胞数量和多样性的增加，这可以组装多种形式的细胞结构。
这些结果表明，dNG和iNG组成了一个精细的基于谱系的、可能具有进化根源的皮层子网络的镶嵌图[Fig.3]。
Figure 3 总结dNG和iNG对皮层结构的贡献以及进化意义的示意图
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.05.021
参考文献
Huilgol D, Levine JM, Galbavy W, et al. Direct and indirect neurogenesis generate a mosaic of distinct glutamatergic projection neuron types in cerebral cortex [published online ahead of print, 2023 Jun 13]. Neuron. 2023;S0896-6273(23)00394-X. doi:10.1016/j.neuron.2023.05.021
编译作者：Young（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
