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神经元如何成为神经元?它们都以干细胞开始，未分化并且有可能成为体内的任何细胞。然而，到目前为止，究竟如何发生这种情况在某种程度上是一个科学的谜团。加州大学圣塔芭芭拉神经科学家进行的一项新研究破译了一些最早的变化，这些变化发生在干细胞转化为神经元和其他细胞类型之前。
在培养皿中使用人胚胎干细胞，博士后人员Jiwon Jang发现了一种在细胞分化中起关键作用的新途径。研究结果发表在Cell杂志上。“Jiwon的发现非常重要，因为它让我们对干细胞的工作方式和它们开始分化的方式有了基本的了解，”资深作者Kenneth S. Kosik说，他是UCSB分子，细胞系神经科学研究哈里曼教授和发育生物学。“这是该领域缺失的一项非常基础的知识。”
当干细胞开始分化时，它们形成前体：有可能成为脑细胞的神经外胚层，如神经元; 或中内胚层，最终成为包含器官，肌肉，血液和骨骼的细胞。
Jang发现了他和Kosik标记PAN(Primary cilium，Autophagy Nrf2)轴的许多步骤。这种新发现的途径似乎决定了干细胞的最终形式。“PAN轴是决定细胞命运的重要因素，”Jang解释道。“G1延长会引起纤毛突出，这些细胞触角暴露的时间越长，它们就越能吸收信号。”
一段时间以来，科学家已经知道Gap 1(G1)，即细胞周期中四个阶段中的第一个阶段，但他们并不清楚其在干细胞分化中的作用。Jang的研究表明，在注定要成为神经元的干细胞中，G1的延长阶段会引发其他导致干细胞转变为神经外胚层的行为。
在这个延长的G1间隔期间，细胞形成初级纤毛，能够感知其环境的触角突起。纤毛在称为自噬的过程中激活细胞的垃圾处理系统。
另一个重要因素是Nrf2，它可以监测细胞中的自由基等危险分子 - 这对于健康细胞的形成尤为重要。“Nrf2就像是细胞的监护人，确保细胞正常运作，”校园神经科学研究所联合主任科西克说。“干细胞中Nrf2水平非常高，因为干细胞是未来。如果没有Nrf2关注基因组的完整性，未来的后代就会陷入困境。”
Jang的工作表明，在细长的G1间隔期间，Nrf2的水平开始下降。Kosik指出，这很重要，因为在细胞已经开始分化之前，Nrf2通常不会减少。“我们认为，在相同的条件下，如果细胞相同，两者都会以同样的方式区分，但这不是我们发现的，”Jang说。“细胞命运受G1延长控制，这延长了纤毛对环境信号的暴露。这是一个很酷的概念。”
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