小脑靶神经元为体外传入轴突延伸提供停止信号

细胞间相互作用对靶脑区内特定神经支配模式的建立所起的作用尚不清楚。为了对传入轴突生长的调节进行实验分析，我们开发了一种基于发育中的小鼠小脑的体外检测系统，其中来自苔藓纤维传入的脑干来源即脑桥基底核的传入轴突与从小脑纯化的星形胶质细胞或颗粒神经元共培养。在小脑没有细胞的情况下，脑桥移植物产生轴突，轴突在用聚赖氨酸或层粘连蛋白处理过的培养表面上迅速束状延伸。当脑桥神经突长到小脑星形胶质细胞上时，其外生长比仅在基底上的外生长更为丰富，这表明神经胶质细胞为轴突延伸提供了一个积极的信号。时间推移视频显微镜显示，当轴突生长锥从培养基质移到星形胶质细胞表面时，轴突延伸率从小于50微米/小时增加到超过100微米/小时。当脑桥神经突长到其他脑桥神经突上时，也观察到神经突起伸展加速。相比之下，当脑桥神经突起生长在苔藓纤维的适当靶点颗粒神经元上时，脑桥神经突的长度大大缩短。当生长中的轴突终止于颗粒神经元上时，靶细胞似乎为轴突延伸提供了“停止生长信号”。脑桥神经突长随颗粒神经元密度的增加而缩短。两条证据表明，停止信号是由接触介导的。首先，视频显微镜显示脑桥生长锥在接触颗粒神经元后停止延伸。其次，当脑桥轴突与颗粒神经元保持一定距离时，传入轴突的长度并没有减少。将星形胶质细胞和颗粒神经元放在一起的竞争实验表明，颗粒神经元提供的生长阻滞信号可以覆盖星形胶质细胞提供的生长促进信号。这些结果表明，特定的细胞-细胞相互作用调节小脑靶区内脑桥传入轴突的生长，轴索和轴胶质相互作用促进轴突延伸，轴突-靶细胞相互作用中断轴突延伸。