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更新日期:107年12月28日

潘俊良副教授團隊發現神經樹突發育的嶄新分子機轉

醫學院分子醫學所潘俊良副教授研究團隊日前發表最新論文於知名國際期刊Developmental Cell,其研究發現線蟲的神經發育過程中,感覺神經的樹突 (Dendrite) 可以透過依附在周圍神經的軸突 (Axon) 而建立完整的神經結構,確保感覺訊息可以正確傳遞。過去科學界僅知神經的軸突與軸突之間可以形成神經束,而此項研究成果提出嶄新觀點,發現神經樹突也可以黏附在軸突上來建立複雜的樹突形態,為了解神經樹突發育及建構神經迴路提供了新的視野。

動物對周遭環境的感知和反應倚賴精密的神經網絡;神經細胞中樹突負責收集訊息,並藉由軸突將訊息傳遞下去,因此樹突結構的異常會影響神經訊息的傳遞。以往學界認為樹突的發育主要受到內在基因表現調節,然而近年來許多研究發現神經周圍的組織細胞對於樹突發育亦有莫大影響。線蟲的PVD神經細胞樹突呈現如燭台狀般華麗而複雜的形態,PVD的末梢分枝會受到周圍皮下組織的引導,藉由樹突與皮下組織之間的交互作用建立完整的樹突結構。除此之外,PVD的樹突主軸緊貼其他神經的軸突,但卻未有任何研究探討此一現象的生理意義。

本研究的第一作者陳俊豪博士後研究員首先藉由一系列的遺傳學及細胞學實驗,證明PVD神經的樹突會依附另一個神經細胞ALA的軸突生長,當去除ALA神經後,PVD神經樹突的發育出現明顯異常。陳博士發現ALA的軸突會表現一種細胞表面黏著蛋白L1CAM,把訊息傳遞給PVD神經細胞的受體蛋白Robo。失去ALA的L1CAM或PVD的Robo皆會導致PVD的樹突縮小並產生極度異常的樹突型態。在老鼠、果蠅及線蟲中皆有L1CAM和Robo,並分別參與許多神經發育過程,證明這些分子在演化上的重要性。過去僅知Robo可和Slit因子結合,此研究首次證明L1CAM和Robo之間也有直接的交互作用,且協助樹突完整發育。

為了更深入了解其中的機轉,陳博士以高速的轉盤式共軛焦顯微鏡分析樹突生長的活體即時影像。在發育過程中樹突藉由生長錐(growth cone)的引導往正確方向生長;當PVD的樹突無法貼附在ALA的軸突時,其生長錐會異常增大且無法順利延展。陳博士發現,L1CAM-Robo的訊息傳遞可調控growth cone內的F-actin細胞骨架使生長錐呈現正確的動態變化,推進樹突的發育。異常發育的樹突會使線蟲誤判來自周遭或體內肌肉收縮的訊息,而呈現出異常的運動節律。陳博士相信此研究可幫助我們了解樹突的形態與感覺運動功能協調之間的關係。Development Cell是發育生物學中極富盛名的頂尖期刊,其期刊重視論文的嚴謹度及影響力,足見本實驗成果受到學界的重視。

陳俊豪博士在潘俊良老師的實驗室完成博士學位及兩年的博士後訓練,目前在科技部千里馬計畫的支持下,於加州理工學院生物系Paul Sternberg教授的研究室,繼續利用線蟲進行神經科學的研究;其他作者包括碩士班學生許皓瑋和博士班張運玄。臺大醫學院第一共同研究室影像核心的徐華蔓小姐發揮她在顯微攝影方面的頂尖專業,幫助本篇論文在短時間內收集許多重要數據;本研究由科技部計劃支持,在此一併致謝。

https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(18)30917-1?fbclid=IwAR0gpO0-eSIAALRWimyQFJ9ym4zpLd8SNoz5fG-CGiijXCsFHgaZijTByUw#articleInformation

  • 潘俊良副教授團隊

    潘俊良副教授團隊

  • 潘俊良副教授研究團隊日前發表最新論文於知名國際期刊Developmental Cell

    潘俊良副教授研究團隊日前發表最新論文於知名國際期刊Developmental Cell

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