揭開Mossy cell的神秘面紗
提及大腦中關於記憶的區域，沒意外一定會想起海馬迴(Hippocampus)，在哺乳動物中，海馬迴的可再細分成CA1、CA2、CA3和齒狀迴(dentate gyrus)。今天要介紹的主角--mossy cell (中譯苔蘚細胞，以下以原文稱呼)，即是齒狀迴中很重要的成員。因為齒狀迴中神經的連結錯綜複雜，過往的技術也不足以讓科學家單獨操縱mossy cell，使得早在30多年前就有其名字的mossy cell，至今仍尚未確定其所扮演的角色。但隨著技術的發展，近年來已有越來越多研究，由各式各樣的角度逐漸深入神秘的mossy cell，以下為大家介紹2016年發表於Nature Review Neuroscience的一篇回顧文章。
在齒狀迴中有三種主要的細胞類型，分別是興奮型(glutamatergic)的顆粒細胞(granule cell)、mossy cell，和抑制型(GABAergic)的中間神經元(interneuron)。齒狀迴由外到內可大致分為三層，依序是分子層(molecular layer)、顆粒層(granule cell layer)、hilus。顆粒細胞的細胞本體(soma)多位在顆粒層，樹突(dendrite)分布於分子層，軸突(axon)則延伸至hilus和CA3。Mossy cell細胞本體位於hilus，樹突也多在hilus，軸突除了分布在hilus外，也投射到同側和對側的內分子層(inner molecular layer)。抑制型中間神經元則種類繁多，分布於各層之中。
Mossy cell之所以得其名，是因為高基氏染色後(Golgi-stain)，在近端樹突上發現許多細胞突起的小團簇(thorny excrescences)，有著如苔蘚般的外觀，因而得名。但有趣的是，並非所有的mossy cell都有這樣的特色，因此辨別一個齒狀迴上細胞種類的方式，最好是經由更多的特徵去判斷(可參考論文Table.2)。
長久以來在這個領域中都有個疑問，就是mossy cell究竟是活化或是抑制下游的顆粒細胞呢？會有這個問題，是因為(1)mossy cell直接活化顆粒細胞，(2)mossy cell活化抑制型中間神經元，再透過中間神經元抑制顆粒細胞。在這兩種機制的作用下，mossy cell對下游的影響就顯得不是那麼清晰明瞭。近年來科學家不斷追求的，就是可以精準地以mossy cell為目標作調控，其中Cre-loxP重組酶系統(*1)使科學家能夠進行更精密的基因調控，使一個基因可以被打開或關閉(但論文中描述到，目前還無法精確只以mossy cell為目標，少部份其他神經元也會受影響)，再加上光遺傳學(optogenetics)(*2)的使用，更能夠直接活化或抑制mossy cell的活性。截至目前(2016)的結論，mossy cell對顆粒細胞的影響以抑制性為主，而在一些特定的情況下也會有活化的情形發生。
關於mossy cell的功能，已有非常多研究說明可能具有以下幾種：以細胞層級而言，(1)和神經可塑性(neural plasticity)相關，並可促進長期增益作用(long-term potentiation, LTP)，(2)和海馬迴神經振盪(neural oscillation)相關，特別是theta rhythm的部分；以行為學而言，(1)有助於模式分離(pattern separation)，以分辨具有高相似度但細節不同之景物，(2)有助於辨認新環境(novelty)，有微小的改變就能被感知到，(3)當mossy cell被抑制後，小鼠的焦慮性(anxiety)提高。
在齒狀迴主要的三類細胞中，屬mossy cell的易受損性(vulnerability)最高，如顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy, TLE)後經常造成mossy cell的死亡。而易受損性高的機制，大部分多來自興奮毒性(excititoxity)，常因glutamate(一種神經傳導物質)濃度過高而導致。並且也有研究指出，mossy cell的死亡會因此造成精神疾病。
時至今日，又有不少關於mossy cell的研究被刊登出來，雖然我們仍不非常明白他的運作機制和功能，但隨著一次一次實驗的進行與發表，想必可以逐漸揭開mossy cell的神秘面紗。
撰稿：黃宣霈
原始論文：
Scharfman, H. E. The enigmatic mossy cell of the dentate gyrus. Nat. Rev. Neurosci. 17, 562–575 (2016).
https://www.nature.com/articles/nrn.2016.87
(*1) Cre-loxP重組酶系統可參考：
http://scimonth.blogspot.com/2016/08/creloxp.html
(*2) optogenetics光遺傳學可參考：
http://lienlabnas.ym.edu.tw/lienlabwebsite/index.files/Science_Monthly_559.pdf
在齒狀迴中有三種主要的細胞類型，分別是興奮型(glutamatergic)的顆粒細胞(granule cell)、mossy cell，和抑制型(GABAergic)的中間神經元(interneuron)。齒狀迴由外到內可大致分為三層，依序是分子層(molecular layer)、顆粒層(granule cell layer)、hilus。顆粒細胞的細胞本體(soma)多位在顆粒層，樹突(dendrite)分布於分子層，軸突(axon)則延伸至hilus和CA3。Mossy cell細胞本體位於hilus，樹突也多在hilus，軸突除了分布在hilus外，也投射到同側和對側的內分子層(inner molecular layer)。抑制型中間神經元則種類繁多，分布於各層之中。
Mossy cell之所以得其名，是因為高基氏染色後(Golgi-stain)，在近端樹突上發現許多細胞突起的小團簇(thorny excrescences)，有著如苔蘚般的外觀，因而得名。但有趣的是，並非所有的mossy cell都有這樣的特色，因此辨別一個齒狀迴上細胞種類的方式，最好是經由更多的特徵去判斷(可參考論文Table.2)。
長久以來在這個領域中都有個疑問，就是mossy cell究竟是活化或是抑制下游的顆粒細胞呢？會有這個問題，是因為(1)mossy cell直接活化顆粒細胞，(2)mossy cell活化抑制型中間神經元，再透過中間神經元抑制顆粒細胞。在這兩種機制的作用下，mossy cell對下游的影響就顯得不是那麼清晰明瞭。近年來科學家不斷追求的，就是可以精準地以mossy cell為目標作調控，其中Cre-loxP重組酶系統(*1)使科學家能夠進行更精密的基因調控，使一個基因可以被打開或關閉(但論文中描述到，目前還無法精確只以mossy cell為目標，少部份其他神經元也會受影響)，再加上光遺傳學(optogenetics)(*2)的使用，更能夠直接活化或抑制mossy cell的活性。截至目前(2016)的結論，mossy cell對顆粒細胞的影響以抑制性為主，而在一些特定的情況下也會有活化的情形發生。
關於mossy cell的功能，已有非常多研究說明可能具有以下幾種：以細胞層級而言，(1)和神經可塑性(neural plasticity)相關，並可促進長期增益作用(long-term potentiation, LTP)，(2)和海馬迴神經振盪(neural oscillation)相關，特別是theta rhythm的部分；以行為學而言，(1)有助於模式分離(pattern separation)，以分辨具有高相似度但細節不同之景物，(2)有助於辨認新環境(novelty)，有微小的改變就能被感知到，(3)當mossy cell被抑制後，小鼠的焦慮性(anxiety)提高。
在齒狀迴主要的三類細胞中，屬mossy cell的易受損性(vulnerability)最高，如顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy, TLE)後經常造成mossy cell的死亡。而易受損性高的機制，大部分多來自興奮毒性(excititoxity)，常因glutamate(一種神經傳導物質)濃度過高而導致。並且也有研究指出，mossy cell的死亡會因此造成精神疾病。
時至今日，又有不少關於mossy cell的研究被刊登出來，雖然我們仍不非常明白他的運作機制和功能，但隨著一次一次實驗的進行與發表，想必可以逐漸揭開mossy cell的神秘面紗。
撰稿：黃宣霈
原始論文：
Scharfman, H. E. The enigmatic mossy cell of the dentate gyrus. Nat. Rev. Neurosci. 17, 562–575 (2016).
https://www.nature.com/articles/nrn.2016.87
(*1) Cre-loxP重組酶系統可參考：
http://scimonth.blogspot.com/2016/08/creloxp.html
(*2) optogenetics光遺傳學可參考：
http://lienlabnas.ym.edu.tw/lienlabwebsite/index.files/Science_Monthly_559.pdf
留言
張貼留言