驱动神经母细胞不对称的机制和女儿的不同命运最好的之一黑腹果蝇研究不对称分裂的模型是神经前体或成神经细胞，它们继续生成中枢神经系统的大多数细胞。成神经细胞进行不对称分裂，产生两个大小和命运不同的子细胞。较大的子代保留成神经细胞的特性，可以继续不对称和自我更新地分裂，而较小的子代，即神经节母细胞（GMC），致力于分化途径并最终分裂产生两个神经元或胶质细胞。神经母细胞与其他干细胞或祖细胞一样，通过重复的自我更新不对称分裂，可以在其一生中产生大量分化的后代。
促进神经母细胞不对称分裂的遗传机制的许多关键成分已经被鉴定和表征(Egger等人，2008年; 有关审查，请参阅Yu等人，2006年). 本质上，与成神经细胞不对称分裂相关的三个关键特征是：（1）作为分化因子的细胞命运决定因子在有丝分裂期间不对称地定位为皮层新月体；（2） 有丝分裂纺锤体与皮质蛋白新月体正交，以确保其与GMC子体的唯一分离；（3）有丝分裂纺锤体本身是不对称的，导致产生一个较大的成神经细胞子体和一个较小的GMC子体。这种不对称分裂的所有三个特征似乎都受到一组定位于顶端细胞皮层的蛋白质的调控，这些蛋白质从细胞周期的晚期G2期开始。这些关键成分及其在介导成神经细胞不对称分裂中的作用总结如下细胞命运决定因子定位于胚胎成神经细胞的基底细胞皮层，有丝分裂纺锤体沿顶基轴排列。这些胚胎神经母细胞的一个子集处于静止状态，在幼虫发育期间恢复增殖。这些幼虫成神经细胞不对称分裂的基本机制似乎与胚胎成神经细胞保持一致；然而，中枢大脑的幼虫神经母细胞在没有固定方向的情况下分裂。
总结了神经母细胞不对称分裂的一些关键因素和特征。（A） 基底细胞命运决定因子特别是子代GMC的不对称分离需要蛋白质复合物正确定位到顶端细胞皮层。顶部定位的蛋白质包含两个由衔接蛋白Insucuteable连接的蛋白质复合物。由Bazooka/Par3、aPKC和Par6组成的进化保守的Par蛋白盒是第一个定位于成神经细胞皮层的蛋白质复合体，主要参与从顶端皮层排除基础定位蛋白质。该蛋白盒调节肿瘤抑制致死性巨幼虫（Lgl）的活性，这对于正确靶向基础蛋白复合物也至关重要。Par6可以直接与Lgl结合，正是在这种复合物中，aPKC被认为通过磷酸化使Lgl失活。因此，米兰达被活性非磷酸化Lgl招募到基底细胞皮层。第二个顶端蛋白复合物包含与异源三聚体G蛋白信号传导有关的蛋白质，包括Gαi、不可分割的伴侣（Pins）和运动缺陷（Loco）。这种复合物被认为是介导一种受体依赖的异源三聚体G蛋白信号机制，涉及通过与细胞质鸟嘌呤核苷酸交换因子（Ric-8）和鸟嘌呤·核苷酸解离抑制剂（Loco和Pins）的相互作用调节Gαi。Gαi–Pins–Loco复合体介导有丝分裂纺锤体的形成和排列，以确保卵裂面与顶端/基底极性轴正交。成神经细胞有丝分裂纺锤体的几何形状不对称；心尖侧纺锤体长度较长，整个纺锤体向基底皮质移位。中心体也不等效，较大的母中心体发出更广泛的星状微管，并通过随后的分裂优先保留在成神经细胞内。针还可以与中心体和顶皮层相关的核有丝分裂器蛋白相关的蘑菇体缺陷蛋白（Mud）相关，这对正确的纺锤排列至关重要，还可以与大圆盘（Dlg）和星状微管加末端蛋白Khc-73相关，以诱导皮层极性。肌动蛋白/肌球蛋白细胞骨架在这些顶端/基底蛋白复合物的组装中也起着重要作用。肌动蛋白丝而非微管似乎在蛋白质的皮质栓系中起着重要作用果蝇属肌球蛋白II（Zipper）和VI（Jaguar）与Miranda以相互排斥的复合物存在，对于细胞命运决定簇的正确不对称定位至关重要。基础蛋白以两种蛋白质复合物的形式存在。一个复合物包含衔接蛋白Miranda，该蛋白与翻译抑制因子脑肿瘤（Brat）、同源域转录因子Prospero和双链RNA-binding蛋白Staufen的不对称定位相关并促进其不对称定位，其本身可以结合繁荣抄本。第二个复合物包含Notch拮抗剂Numb及其结合伙伴Numb的partner（Pon）。在分离到GMC后，米兰达被降解，使Prospero易位到细胞核中，激活参与分化的基因并抑制参与增殖的基因。GMC最终分裂产生两个神经元或胶质细胞。请注意，顶端/基底命名法是基于胚胎神经母细胞，而中枢脑中的神经母细胞在没有固定方向的情况下分裂。请注意，字母的颜色与示意图中蛋白质的定位相对应；在黑色字体的情况下，蛋白质可以在整个皮层中找到。（B） 胚后神经母细胞分裂产生分化后代的谱系。谱系的细胞类型可以很容易地用神经母细胞标记物区分，如Insc（绿色）、Miranda（红色）和Deadpan（灰色），以及分化后代的标记物，如Elav和nuclear Prospero（红色）。电池极性和/或主轴方向的中断（例如极光A和马球突变体）会影响自我更新和分化之间的平衡，导致以分化后代为代价的自我更新细胞过多。WT，野生型。
不对称分裂、过度增殖和肿瘤形成失败
这个果蝇属幼虫脑成神经细胞是研究干细胞自我更新和肿瘤发生的新模型。几种类型的研究表明，不对称分裂缺陷可能导致肿瘤的发生。首先，控制成神经细胞不对称分裂的几个组分（例如米兰达、普洛斯佩罗、Numb、致命巨型幼虫[Lgl]、布拉特和隐秘伙伴[Pins]）的脑组织突变体在移植到野生型宿主的腹部后将发生大规模过度生长，在数周内杀死宿主(Caussinus和Gonzalez，2005年；Beaucher等人，2007年). 这些植入的细胞表现出恶性肿瘤生长的许多特征。它们看起来是不朽的，可以连续多年移植到连续的宿主中。细胞学异常核型的高频率以及中心体形态和数量的缺陷表明它们表现出基因组不稳定性。这些移植细胞也可以表现出转移行为，从原发肿瘤部位迁移，穿过多个细胞层，并建立次级集落。由于神经母细胞不对称机制不同组成部分的组织突变导致的肿瘤基本上无法区分，因此它们可能来自一个共同的机制：神经母细胞非对称性的破坏和过度自我更新细胞的产生。
支持这一观点的是，最近的第二系列研究表明，所有的基底细胞命运决定因素（Prospero、Brat和Numb以及它们的适配器分子Miranda和Partner of Numb；Bello等人，2006年；Betschinger等人，2006年；Choksi等人，2006年；Lee等人，2006a,c（c）；Wang等人，2006年)有助于其不对称定位，可以作为肿瘤抑制剂(). 这些基因突变的幼体成神经细胞纯合子以分化细胞为代价产生额外的自我更新子代。这些观察结果表明，幼虫成神经细胞中这些决定因子的丢失或未能正确不对称定位，可能导致无法正确指定其子代的命运，进而导致过度增殖和肿瘤发生。一直以来，一些早期的研究表明，三个基因的突变，大型光盘(数据链接组), (lgl公司)、和乱涂乱画(划线器)导致神经系统恶性肿瘤的形成，也导致神经母细胞中细胞命运决定因子的不对称定位缺陷(Ohshiro等人，2000年；Peng等人，2000年；Betschinger等人，2006年；Lee等人，2006b). Lgl的功能是将非典型PKC（aPKC）限制在顶端子代（自我更新细胞），它也是aPKC磷酸化的靶点(；Lee等人，2006b). 总之，这些研究表明神经母细胞不对称分裂缺陷与幼虫大脑过度增殖/肿瘤发生之间存在因果关系。这些发现最近已经过审查，此处不再详细讨论（有关审查，请参阅Yu等人，2006年；冈萨雷斯，2007)。
最近发表和未发表的研究加强了早期的观点，即细胞周期调节器可以影响不对称分裂机制。编码细胞周期事件关键调控因子的几个基因的突变会影响不对称蛋白质定位、不同子细胞命运的规范和/或自我更新或分化的决定。此外，包括CDK1、aurora A和Polo在内的细胞周期蛋白在前中期和中期的激活与成神经细胞分裂期间不对称蛋白定位的时间相一致，导致不对称分裂的精细时间控制。
cdc2/CDK1水平可以决定神经祖细胞分裂是对称的还是非对称的细胞周期调节器也可能控制神经祖细胞不对称分裂的第一个迹象来自对Cdc2/CDK1的研究(Tio等人，2001年). 一个显性负等位基因cdc2型,cdc2型E51Q型在一个基因筛查中被分离出来，该筛查旨在识别将产生两个具有不同身份的子神经元的不对称GMC分裂转化为产生两个命运相同的神经元的对称分裂的突变。抄送2与A型或B型细胞周期蛋白复合物提供激酶活性（CDK1），这是驱动细胞从G2到有丝分裂所必需的，缺乏CDK1活性的细胞在G2期停滞。分析使用cdc2E51Q型以及对温度敏感的等位基因cdc2在以下情况下cdc2被减弱，但不足以阻止细胞进入有丝分裂，导致成神经细胞不对称机制的顶端和基底成分未能不对称定位，导致不对称分裂转化为对称分裂。因此，似乎存在一个中间水平cdc2使神经祖细胞（和肌肉祖细胞）分裂但由于不对称蛋白质定位失败而不允许不对称分裂的活动。
直接证明cdc2型不对称蛋白定位不需要完整的微管，这一知识促进了有丝分裂期间不对称蛋白定位所需的活性。在使用微管去极化药物于中期前截获的神经母细胞中，所有（母体和合子）cdc2对温度敏感，在允许温度下形成正常的顶端和基底蛋白新月体。然而，在转换到非允许温度后，不对称蛋白质定位无法维持。如果CDK1活性负责维持不对称蛋白定位，那么降低细胞周期蛋白水平也可能导致不对称蛋白定位缺陷。细胞周期蛋白A在前中期降解，而细胞周期蛋白B和B3在后期降解。在晚期降解细胞周期蛋白B和B3的成神经细胞双突变体中，在与细胞周期蛋白A降解时间一致的中期可以看到顶端和基底成分的定位错误。这些观察结果支持这样的观点，即在有丝分裂期间需要高水平的CDK1活性来维持不对称蛋白质定位，并且通过改变CDK1的活性水平，可以将不对称分裂转化为对称分裂。
Aurora A和Polo激酶通过阻止过度自我更新发挥肿瘤抑制作用另外两种高度进化保守的激酶，aurora A和Polo，最近被证明影响成神经细胞不对称分裂机制，并在幼虫脑中表现出肿瘤抑制特性(Lee等人，2006a；Wang等人，2006年, 2007). 这两种激酶最初被鉴定为中心体蛋白，在介导多种有丝分裂过程中发挥作用。这两个基因的功能缺失突变之前曾被描述为导致中心体成熟缺陷、中期延迟/停滞或胞质分裂缺陷(Llamazares等人，1991年；Glover等人，1995年；Carmena等人，1998年). 然而，令人惊讶的是，最近的研究表明极光A或马球导致大脑大量过度生长，但不会导致其他组织过度生长(Lee等人，2006a；Wang等人，2006年,2007)。
实时图像（用于极光A突变体）和克隆分析表明，突变体脑神经母细胞可以产生两个自我更新的子代，导致类神经母细胞过多，而分化的神经元受到损害。Numb和Pon（但不是Prospero、Miranda和Brat）的不对称定位在极光A和马球突变体成神经细胞。虽然不对称蛋白质定位被破坏，但细胞分裂可能是部分功能丧失的结果。尽管此缺陷是由以下原因引起的几个缺陷之一（请参阅接下来的两段）极光A和马球突变体，它本身就足以引起观察到的过度增殖，因为幼虫中枢脑中的克隆来自单个神经母细胞突变体麻木的或小便器以分化为代价表现出过度增殖。此外，在极光A和马球突变体可以通过过度表达野生型Numb在很大程度上逆转，但不能完全逆转。有趣的是，来源于在中枢大脑中表达组成型激活形式的Notch的单个神经母细胞的克隆也表现出与极光A和麻木的功能丧失。然而，腹神经索中的成神经细胞增殖并不需要Notch，这表明Notch在成神经细胞增生中的作用在不同组织中不同(阿尔梅达和布雷，2005年). 其中之一的衰减缺口极光A或马球纯合子突变背景可以抑制过度增殖表型，尽管只是部分抑制。这些发现表明，遗传层次包括极光A/马球,麻木的神经母细胞的作用是确保Notch只在子细胞中优先激活，而子细胞采用祖细胞身份，在那里促进自我更新。
关于Aurora A抑制过度增殖的生化底物，人们知之甚少。然而，Pon已被证明是Polo激酶调节成神经细胞不对称分裂的重要下游靶点(Wang等人，2007年). Pon促进了数不对称定位，Pon本身也是不对称定位的。C末端定位域（Pon-LD）是介导Pon不对称定位的必要且充分的，它包含与Polo的一致磷酸化位点匹配的丝氨酸残基（S611）。体外和体内实验均表明Polo可以直接磷酸化Pon。Pon S611磷酸化对Pon不对称定位至关重要，这一事实证明了这种磷酸化的重要性。因此，Polo可以通过磷酸化调节成神经细胞的不对称分裂，从而促进Pon的不对称定位。一致地，Polo也是神经母细胞分裂过程中Numb不对称定位所必需的。
这些发现说明了Numb/Pon作为极光A和马球在调节成神经细胞子代的不对称命运中。然而，重要的是要强调马球/极光A功能丧失除了影响Pon/Numb不对称定位外，还影响几个不同的通路/成分，这些通路/成分也可能有助于自我更新与分化决策。神经母细胞突变体马球/极光A也不能不对称地定位PKC，其性质与增殖因子一致。此外，野生型成神经细胞中的紧密耦合被破坏，其中有丝分裂纺锤体始终与皮质蛋白新月体正交马球/极光A突变体。众所周知，中心体组成部分的神经母细胞突变，如中心体蛋白和蘑菇体缺陷，破坏有丝分裂纺锤体定向，也可以表现出过度增殖，尽管这种作用很弱(鲍曼等人，2006年；Izumi等人，2006年；Lee等人，2006a；Siller等人，2006年). 在哺乳动物神经发生过程中，纺锤取向也被证明是不对称分裂与对称分裂选择的重要决定因素。几个中心体成分的功能丧失（即异常纺锤状小头畸形相关）导致神经祖细胞的不对称分裂和过早分化，并形成较小的大脑（相关疾病在人类患者中称为小头畸形；Bond等人，2002年). 在另一项研究中，击倒老鼠可预见的表达改变了神经祖细胞的分裂平面，导致更频繁的对称分裂，从而导致增殖增强(Zigman等人，2005年). 因此马球/极光A突变体不仅是由Numb–Notch通路的破坏引起的，而且是对多条通路的影响的总和。鉴于这些激酶的多效性，毫不奇怪的是，尽管在马球突变神经母细胞可以恢复不对称Numb定位，过度增殖、纺锤体定向和aPKC不对称定位缺陷仍然存在。
Aurora A和Polo的抑癌作用果蝇属幼虫的大脑与先前报道并被广泛接受的观点形成鲜明对比，即它们在哺乳动物细胞中充当致癌基因(Zhou等人，1998年). 哺乳动物Aurora A和Pololike激酶1都能磷酸化肿瘤抑制因子p53，导致其失稳和降解，因此，它们似乎是p53的负调控因子(Ando等人，2004年；Katayama等人，2004年). 相反，Aurora A或Polo的过度表达可能通过下调p53功能诱导致癌转化。Aurora A或Pololike激酶1的过度表达也可能通过细胞分裂缺陷和随后的四倍体化导致多个中心体的产生，从而导致肿瘤进展(Meraldi等人，2002年). 最近，研究表明p53缺陷小鼠的淋巴瘤表现出Aurora A基因频繁缺失和/或蛋白表达减少，而来自相同突变小鼠的正常组织中Aurora A蛋白水平增加(Mao等人，2007年). 苍蝇和哺乳动物细胞之间的这些明显差异目前尚未解决，阐明Aurora A和Polo在哺乳动物神经发生过程中的功能（如果有的话）将是非常令人感兴趣的。
细胞周期蛋白E可以作用于同源异型基因的下游，将对称分裂转化为不对称分裂细胞周期蛋白E是一种G1/S细胞周期蛋白，是调节G1-S相变的关键分子。它在使胸神经母细胞6-4（NB6-4t）不对称分裂方面也发挥了必要和充分的作用，而其腹部对应物（NB6-4 a）则没有(Berger等人，2005年). NB6-4t不对称地定位Prospero，并进行分割以产生Prospero+胶质母细胞的女儿和一个Prospero−成神经细胞子代（只产生神经元）。相比之下，NB6-4a对称分裂产生两个Prospero+胶质细胞命运的女儿。这种胸腹部差异似乎是由细胞周期蛋白ENB6-4t，但不包括NB6-4a。在细胞周期蛋白ENB6-4t和NB6-4a突变体都无法定位Prospero，并且都对称分裂产生胶质细胞命运的子代。相反细胞周期蛋白E在NB6-4a中足以使其像NB6-4t一样不对称地分裂。周期素表达受烟蚜复合体基因负调控；因此，在NB6-4a中，在表达AbdA和AbdB的腹部神经节中，细胞周期蛋白E表情被压抑。的作用细胞周期蛋白E在介导不对称分裂和确定细胞命运方面，似乎与其在细胞增殖中的作用无关。德卡波的功能既没有损失也没有获得果蝇属细胞周期蛋白E–Cdk复合物抑制剂或dE2F的P21/Cip/Kip家族的同源物，被细胞周期蛋白E激活并需要启动S期，对NB6-4a或NB6-4t谱系中的细胞命运有任何影响，尽管细胞数量受到影响。因此，细胞周期蛋白E显然可以独立于其在增殖和同源调节功能下游的作用，自主指定NB6-4t不对称分裂。
细胞周期蛋白E还被认为具有赋予GMC自我更新的不对称分裂潜能的能力(Bhat和Apsel，2004年)以及大脑皮层极性的建立秀丽隐杆线虫(Cowan和Hyman，2006年). 据报道，命运决定因子Tramtrack在细胞的不对称分裂中下调了细胞周期蛋白E的表达果蝇属感觉鬃毛谱系(Audibert等人，2005年). 在影像和脑肿瘤中都观察到细胞周期蛋白E的上调(Moberg等人，2001年；Betschinger等人，2006年；Wang等人，2006年). 有趣的是，在包括乳腺和卵巢肿瘤在内的一组人类肿瘤中也观察到细胞周期蛋白E水平升高(Keyomarsi和Herliczek，1997年)。
Miranda及其载脂蛋白的不对称定位需要间期递质复合物/环体功能后趋复合体/环体（APC/C）是一种蛋白质复合体，至少有11个核心亚单位，作为E3泛素连接酶发挥作用，通常通过26S蛋白酶体靶向蛋白质进行降解(彼得斯，2006年). 与激活亚单位Cdc20和Cdh1的短暂结合通过几个关键过程促进有丝分裂转换，包括有丝分裂细胞周期蛋白的破坏、染色体分离抑制剂以及DNA复制、中心体复制和有丝分裂纺锤体组装的调节(Sigrist等人，1995年；Zur和Brandeis，2001年；Leismann和Lehner，2003年). APC/C活性最近被证明具有与细胞周期无关的作用，包括控制发育中哺乳动物大脑中的轴突生长和模式(Konishi等人，2004年)突触大小和传递的调节秀丽线虫和果蝇属(Juo和Kaplan，2004年；van Roessel等人，2004年)，并确定秀丽线虫通过不对称分布Par蛋白和促进父代原核/中心体与富含肌动蛋白的皮层的联系实现合子(Rappleye等人，2002年)。
最近的研究结果表明，APC/C核心功能对Miranda及其相互作用蛋白Prospero、Brat和Staufen的不对称定位是特别需要的，但对其他非对称定位的组分果蝇属成神经细胞不对称机械(Slack等人，2007年). 几个APC/C核心成分中任何一个的突变都会导致Miranda及其相关蛋白在中心体周围区域定位错误，其性质目前尚不明确。定位错误不需要完整的微管或完整的中心体功能。虽然很典型APC/C公司突变体在中期以高Cdk1活性被阻止，Miranda的去定位似乎在很大程度上独立于这些缺陷。米兰达在体内和S2细胞中都可以被泛素化。Miranda的极端C末端区域包含一个假定的APC/C基序，该区域的移除/替换可防止Miranda在S2细胞中泛素化。与泛素化的破坏相关，突变的米兰达以微管依赖性的方式错误定位于中心体周围的隔室。有趣的是，用泛素部分替换C末端区域可以恢复幼虫成神经细胞分裂时的不对称定位。因此，APC/C似乎促进了Miranda的泛素化，这似乎是Miranda不对称皮层定位所必需的。鉴于APC/C在泛素介导的降解中的已知功能，确定米兰达是否是APC/C的直接底物将是一件有趣的事情。
结束语越来越多的证据表明，细胞周期调节器可以影响成神经细胞的不对称机制，并控制不对称分裂的各个方面，包括自我更新与分化的决定。这些细胞周期调控因子包括蛋白激酶、Cdc2/Cdk1、Aurora A和Polo以及APC核心成分和cyclin E。有趣的是，基础蛋白成分Pon被证明是Polo激酶的磷酸化底物，在细胞周期调控器和不对称机制的组成部分之间提供了直接的分子联系。已有研究表明，Cdc2/cyclin E和APC功能对细胞极性的建立非常重要秀丽线虫合子，表明这种调控可能在进化上是保守的。最有趣的观察是，一些细胞周期调节因子，包括Aurora A和Polo，在果蝇属幼虫的大脑，至少部分是通过调节Numb不对称性。目前，仍有许多问题。在不对称蛋白定位和祖细胞自我更新的调节中，由Cdk1/Orora A/Polo激酶控制的其他下游因素是什么？在调节成神经细胞自我更新方面，Numb–Notch途径和Brat–Prospero之间有什么相互作用（如果有的话）？泛素化在不对称蛋白质定位和不对称分裂过程中的一般作用如何？未来的研究将深入了解这些问题。
