軸突連結、海馬迴與老化

我們致力於研究神經軸突連結如何形成(axon guidance)。此領域探索所有與大腦神經細胞連結與連結後修飾的所有細節;從早期發育到個體成熟,終其一生,迴路的連結不斷變化。在成年的哺乳類大腦,海馬迴齒狀迴(hippocampal dentate gyrus)內的下顆粒層區域(subgranular zone)始終 保留神經新生(neurogenesis)的能力。在成年時才新生的神經細胞會被整合進已發育成熟的神經迴路,參與學習與記憶的功能。許多研究顯示,如果海馬迴神經新生功能異常,將造成阿茲海默失智症、憂鬱、癲癇以及老化相關的認知功能退化。

我們研究團隊的目標是釐清在大腦老化過程中,海馬迴神經細胞新生能力退 化的原因,以及老化如何改變海馬迴新生神經細胞的軸突連結。如同已成熟 的齒狀迴顆粒細胞(granule cell),成年時才新生的顆粒細胞也會接受來自貫 通纖維(perforant pathway)的軸突輸入訊息,再由顆粒細胞軸突聚集成的苔 狀纖維(mossy fiber pathway),將訊息送到成熟CA3 錐狀細胞 (pyramidal cell) 的近端樹突。我們與其他研究團隊都發現,在剛成年的個體,新生顆粒 細胞生成的苔狀纖維,其軸突末端(膨體(bouton))要在CA3 錐狀細胞上 的巨大棘突(thorny excrescences)形成突觸(synapse)需為期8 週。成年新生苔狀纖維膨體形成突觸有兩種形式: 1)從無到有的突觸生成(de novo synaptogenesis);2)漸進式地侵入已有的突觸,取代原有的膨體。但其中的發育 機制還不明瞭。

我們結合小鼠基因學、共軛焦顯微影像、電子顯微影像及分子陣列層析成像(array tomography-based molecular phenotyping)等技術,勾勒出成年新生的海馬迴顆粒細胞隨年齡的改變過程,並解開老年時新生的顆粒細胞如何產生, 以致整合進原有的神經網絡。

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Cheng, Hwai-Jong