神经元多样性的起源

我们的身体由数百种细胞类型组成，每种细胞类型都具有非常特定的功能。这些细胞的特性可能有很大不同——例如，可以通过比较血细胞与皮肤细胞来清楚地看到这一点。然而，每个细胞都携带相同的遗传信息。多样性是可能的，因为细胞不使用所有这些信息。每种细胞类型只激活它实际需要的基因。然后，该子集被翻译成 RNA 和蛋白质，从而产生非常特殊的细胞类型。

大多数细胞的命运是在发育过程中决定的。未特化细胞成熟为特定细胞类型的过程称为分化。如果没有分化，受精卵细胞就无法产生具有不同组织类型的生物体。最初，卵细胞能够形成任何细胞类型。在其后代细胞中，这种能力逐渐减弱，因此在胚胎发育结束时，细胞通常只能分化为一种特定的细胞类型。

大脑的多样性

在大脑中发现了种类特别多的细胞类型，其中大部分是神经胶质细胞和神经元。这些可以进一步分为各种专门的细胞类型：仅抑制性神经元就有 100 多种不同类型。它们起源于在发育开始时分裂数次的神经祖细胞。后来，它们的子细胞产生了不同的细胞类型。

一个悬而未决的问题仍然是，人类未分化的祖细胞在短短几周内或小鼠的几天内如何从未分化的祖细胞中产生这种巨大的细胞类型多样性。由 Christian Mayer 领导的一个国际团队研究了导致小鼠大脑细胞多样性的机制。研究人员特别感兴趣的是不同的细胞类型是否可以起源于单个祖细胞，以及在发育过程中的哪个时间点决定了神经元的命运。

由人工 DNA 制成的条形码

科学家们开发了一种新技术来标记祖细胞。为此，他们创建了数百万个人工 DNA 序列，即所谓的条形码。通过在每个细胞中插入一个条形码，数千个祖细胞被唯一标记——类似于我们已知用于扫描消费品的条形码。当标记的细胞分裂时，它会将条形码传递到其子细胞上，从而可以识别哪些细胞是彼此的后代。研究人员将这种方法与单细胞 RNA 测序相结合，后者可识别细胞中的所有活性基因。基于这些信息，他们能够将条形码标记的细胞分类为不同的细胞类型。

通过结合这两种方法，科学家们表明细胞类型和它们之间的相似性不能用于对发育关系做出假设：与普遍认为的相反，相似细胞类型的细胞通常无法追溯到发育过程中的共同起源.这意味着不相关的祖细胞可以产生相似的细胞类型(收敛)。

来自单个祖细胞的不同细胞类型

科学家们还能够在抑制性神经元中证明相反的情况：即使是不同大脑结构中的不同细胞类型也可能来自同一个祖细胞(分歧)。在这种情况下，祖细胞似乎决定了神经元的命运——因此分化开始于祖细胞水平，而不是后来由于外部信号。因此，一个祖细胞可以产生各种神经元细胞类型，而且令人惊讶的是，直到发育后期——当时人们认为这种潜力不再存在。