金泽大学、北海道大学和九州大学的联合研究小组通过实验验证了一个数学模型的模拟,展示了大脑形成过程中长距离和短距离信号因子之间的协同作用,我发现了其中的机制。
细胞间信号因子包括长距离蛋白 (EGF) 和短程蛋白 (Notch)。 Notch作用于相邻细胞(横向抑制),当一个细胞由方形变为圆形(分化)时,它向相邻细胞发出抑制信号,使周围细胞始终变成方形,并有芝麻花纹( gomasio 图案)形成圆形和方形的交替排列。另一方面,EGF 作用于远方。两者在生命现象中都扮演着重要的角色,但 Notch 的横向抑制与 EGF 的扩散效应之间的协调作用尚不清楚。
在果蝇大脑形成的过程中,有一种叫做“前神经波”的现象,即只有方形的上皮细胞先存在,然后依次变成圆形的神经干细胞,还有其他类似的现象。它也被称为活的东西。针对这一现象,课题组构建了结合EGF扩散和Notch横向抑制的“分化波”数学模型,预测了由于EGF产生减少而导致的Gomasio模式的出现。当EGF产生的量实际减少并验证后,大脑中出现了明显的芝麻-sio模式,所以“分化波”结合了Notch的短程作用,通过与EGF的协调,我们发现了一个作用的存在来控制波的传播速度。
据说 EGF 和 Notch 的协同作用在大脑皮层形成过程中的神经干细胞分化以及肺癌和乳腺癌的发生中起着重要作用。本研究使数学科学与生命科学的跨学科研究成为可能,未来有望应用于各种生命现象研究。