动物脊髓中不同的神经细胞会在胚胎发育过程中由神经前体细胞形成，不同的神经元在胚胎发育的不同时期形成，其中运动神经元是脊髓中最先形成的神经元，然而此前研究人员并不知道为什么运动神经元会以这种方式发育形成。
干细胞来源的运动神经元能够用于治疗病变或者损伤的骨髓，并用于研究神经退行性疾病如肌萎缩性脊髓侧索硬化症和脊髓性肌萎缩。近日，来自加州大学洛杉矶分校的研究人员发现了一个调节生长过程中鸡和小鼠胚胎中脊髓运动神经元发育的基因网络，可以帮助干细胞向运动神经元分化。该研究通过单细胞转录分析方法评估了神经元形成过程中基因活动的改变，同时检测了单个细胞的所有基因活动，即运动神经元形成过程中涉及的200个基因活动。为了分析这些数据，研究人员还开发了计算机软件以重建神经元形成过程中基因活动的变化。结果表明，一个叫做Olig2的基因产生的蛋白质通过干扰另一个基因家族（Hes基因）的几个成员活性促进运动神经元的形成，而Hes基因可以抑制神经元形成。研究人员通过抑制或者增加小鼠胚胎或者鸡胚胎脊髓中Olig2的活性确认了Olig2具有促进运动神经元形成的功能。
研究人员Bennett Novitch博士表示，这项研究揭示了运动神经元形成过程的精确程序。在胚胎发育过程中，神经系统的每一部分都在精确的时间和位置中形成，这为解释胚胎如何产生成熟脊髓中的各种细胞，以及运动神经元为何比其他神经元更快形成提供了新的资料。
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Olig2 and Hes regulatory dynamics during motor neuron differentiation revealed by single cell transcriptomics.
During tissue development, multipotent progenitors differentiate into specific cell types in characteristic spatial and temporal patterns. We addressed the mechanism linking progenitor identity and differentiation rate in the neural tube, where motor neuron (MN) progenitors differentiate more rapidly than other progenitors. Using single cell transcriptomics, we defined the transcriptional changes associated with the transition of neural progenitors into MNs. Reconstruction of gene expression dynamics from these data indicate a pivotal role for the MN determinant Olig2 just prior to MN differentiation. Olig2 represses expression of the Notch signaling pathway effectors Hes1 and Hes5. Olig2 repression of Hes5 appears to be direct, via a conserved regulatory element within the Hes5 locus that restricts expression from MN progenitors. These findings reveal a tight coupling between the regulatory networks that control patterning and neuronal differentiation and demonstrate how Olig2 acts as the developmental pacemaker coordinating the spatial and temporal pattern of MN generation.
