主要神经元的极性决定了信息在神经电路中的流动。皮层金字塔神经元通过打破细胞对称性来建立极性，从而形成一个轴突和多个树突。在单个轴突形成之前，多个神经突从体内和体外的胞体发出。虽然所有这些神经突都可以成为轴突，但只有一个实现了这个命运。如何单独选择一个神经突成为轴突尚不清楚。外部信号引导神经元极化，包括细胞外基质成分和生长因子神经生长因子3（NT3）和转化生长因子-β（TGFβ）。随着生长锥检测和响应这些信号，它们一直被认为通过涉及效应因子（如糖原合成酶激酶3（GSK3））的配体-受体信号通路来调节极化。在这种以生长锥为中心的观点中，神经元的极性和轴突形成将由外部引导分子的分布决定，这引发了在均匀暴露下多个神经突可能采用轴突身份的可能性。然而，这一模型与神经元在发育大脑中仅可靠形成单个轴突这一事实难以调和，该环境富含促进生长的因子。此外，轴突出现的初始位置并不是由引导轴突延伸的最终方向决定的。即使一个神经元的两个神经突同时接触促进生长的底物，只有一个成为轴突，另一个被抑制。如何实现神经突之间的协调尚不清楚。在这里，基于细胞骨架网络振荡的能力，并将其融入自发细胞极化的模型中，我们提出肌动蛋白动态产生振荡神经突行为，以建立轴突选择的内在偏向。使用皮层金字塔神经元，我们表明ARP2/3与肌动-肌球蛋白之间的对抗性相互作用驱动振荡神经突生长，随后进入极化。在胞体的周期性ARP2/3活性产生的肌动波触发了所有神经突的依赖肌球蛋白-II的收缩，随后是朝着波传播方向选择性生长的神经突。当波到达该神经突的尖端时，ARP2/3在局部上对抗肌动-肌球蛋白的收缩性，促进微管突出和瞬时延伸。一旦新生轴突被微管稳定，它就变得抗收缩，不再需要ARP2/3继续生长。这一由细胞骨架驱动的细胞内在机制解决了神经元如何在发育大脑的生长促进环境中可靠形成单一轴突的长期问题。图1: 振荡神经突生长，但不是持续的轴突生长，与肌动波相关。a，神经极化的激活者-抑制者模型。全局抑制默认事先存在。局部激活相对于全局抑制具有对抗性，并使单个神经突的瞬时延伸随机产生。b，左侧，二维培养中DIV-1未极化神经元的明场和分割图像。四个独立实验的神经元重复了结果。右侧，从扩展数据图1a中得出的速度曲线的叠加面积图，表示总生长活动。灰色阴影区域标记了放大时间窗口d。c，一只在胚胎第15.5天（E15.5）急性皮层切片中表达膜靶向基序LYN（LYN（TM））与mNeonGreen融合的神经元的序列图像。蓝色和红色箭头分别指向延伸和收缩的神经突。三个独立实验的神经元重复了结果。d，在b中选择的时间窗口中，二维培养神经元的总神经突延伸和收缩速度的时间曲线。虚线垂直线指示的时间点的代表图像显示在下面。e，二维培养神经元中神经突延伸-收缩交叉相关。值以均值±标准差绘制。n=101来自4个实验的神经元。f，在急性皮层切片中神经突延伸-收缩交叉相关。值以均值±标准差绘制。n=49来自3个实验的神经元。g，神经突延伸-收缩振荡的插图。h，一系列表达Lifeact-mNeonGreen（用于标记F-肌动蛋白）的未极化神经元在E15.5急性皮层切片中的快照。白色箭头指向新出现的胞体肌动波；星号标记尖端的起始位置；蓝色和红色箭头分别指向相邻的延伸和收缩神经突。三个独立实验的神经元重复了结果。i，E15.5急性皮层切片中未极化神经元的胞体肌动波的频率。n=26来自3个实验的神经元。j，左侧，使用Lifeact-mNeonGreen可视化的急性皮层切片中的轴突生长kymograph。右侧，轴突的选定序列快照。