观察随细胞周期变化的核位置

复旦大学与同济大学团队在 Cell Proliferation 研究了七氟烷对早期脑发育的影响。研究先在孕鼠及胎鼠皮层中观察,再用 H9 人胚胎干细胞来源脑类器官检验相应人源组织反应。

放射状胶质前体细胞的核,会随细胞周期在脑室区两侧往返移动。这一过程称为 interkinetic nuclear migration(INM),与前体细胞增殖和神经发生相联系;研究通过核苷类似物标记与组织分区,比较暴露后的核位置。

人源部分使用培养第 30 天的类器官。Pax6 染色帮助界定脑室样前体区域,溴脱氧尿苷(bromodeoxyuridine,BrdU)标记进入 DNA 合成阶段的细胞,团队再把区域沿顶端到基底侧均分为 5 段统计分布。

H9 类器官接受 4.1% 七氟烷 6 小时暴露

模型从每孔 9,000 个 H9 细胞起始,在超低吸附板形成胚状体,再经神经诱导、Matrigel 包埋和旋转培养形成脑类器官。第 30 天模型随机分为七氟烷与未暴露对照,均在 37 °C 及 5% CO2 条件下培养。

药物组使用气相 4.1% 七氟烷,持续 6 小时;作者依据气体在水与血液中的分配差异,选择高于配套孕鼠 2.5% 的体外气相条件。论文未将该气相百分比作为类器官内实测药物浓度。

暴露结束后,BrdU 标记细胞在 Pax6 阳性区域中的分布发生改变,更多位于基底侧区域,与胎鼠实验观察到的方向相似。图 3 按每组 n = 3 报告分区数据。

七氟烷暴露后 H9 脑类器官的 BrdU/Pax6 染色及脑室样区域核位置分布。

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七氟烷暴露后 H9 脑类器官的 BrdU/Pax6 染色及脑室样区域核位置分布。(Ming Jiang et al. / Cell Proliferation, 2021, FIGURE 3;CC BY 4.0;PMC)

Notch 机制与后续恢复来自配套小鼠实验

在胎鼠皮层中,七氟烷暴露后 Notch 相关基因和 Notch 胞内结构域(Notch intracellular domain,NICD)蛋白降低。团队在子宫内电转导入 Jag1 或 NICD 表达质粒,再进行七氟烷暴露,核位置分布的异常得到缓解。

胎鼠暴露 24 小时后仍有细胞周期和位置分布改变,但出生时的标记神经元分布及部分细胞命运指标没有出现组间差异。2 月龄雄性后代的水迷宫测试中,学习和记忆指标也未出现显著差异。

这些恢复和行为资料来自小鼠随访;人脑类器官实验检测的是 6 小时后的核分布,没有进行相同的长期行为或恢复测试。

短期核分布是该人源模型的主要指标

该方法利用早期类器官的脑室样结构,观察药物暴露后神经前体细胞核位置的变化。固定组织中的标记核分布,是本次人源实验用于比较七氟烷暴露与对照的主要终点。

作者认为,小鼠的暂时变化和恢复现象提示后续研究可继续检验发育期的补偿过程。研究在人源类器官中提供了相似核分布变化的证据,Notch 补救实验则支持了小鼠体系中的机制联系。

来源与延伸阅读

  1. Maternal sevoflurane exposure induces temporary defects in interkinetic nuclear migration of radial glial progenitors in the fetal cerebral cortex through the Notch signalling pathway. Cell Proliferation (2021). ↗