對于科學家來說，多樣性是生物學的本質，而不僅僅是調味品，這并不奇怪，但大多數(shù)先前對關鍵腦細胞的研究發(fā)現(xiàn)，常見的細胞過程幾乎沒有變異，涉及如何閱讀和采取遺傳信息。

這個過程稱為表觀遺傳學，涉及基因活動的化學或結構“調整”，不會影響基礎遺傳密碼本身，但會影響基因何時以及如何通過其蛋白質編碼指令進行閱讀。當表觀遺傳變化在錯誤的時間或地點發(fā)生時，該過程也會在錯誤的時間和地點打開或關閉基因。

現(xiàn)在，在一項關注正常人腦組織四個區(qū)域的新研究中，約翰霍普金斯大學的科學家們發(fā)現(xiàn)，不同大腦區(qū)域的神經元之間存在大約13,000個表觀遺傳差異區(qū)域，這些區(qū)域至少相差10%。利用全基因組測序和計算統(tǒng)計工具，他們還發(fā)現(xiàn)這些表觀遺傳變化的位置 - 覆蓋基因組中的大約1200萬個堿基 - 與導致成癮行為，精神分裂癥和神經癥如生物極性疾病的遺傳信號共定位。 。

“我們相信，我們已經發(fā)現(xiàn)神經元基因組的哪些部分在這四個大腦區(qū)域的表觀遺傳學上是不同的，”彭博，醫(yī)學，腫瘤學，分子生物學和遺傳學博士杰出教授安德魯費恩伯格說。“這些地區(qū)富含與某些精神疾病相關的遺傳性遺傳變異。”

科學家長期以來一直懷疑表觀遺傳學在精神疾病，其他神經系統(tǒng)疾病如阿爾茨海默氏癥以及其他一系列人類疾病(包括癌癥)中起著重要作用。Feinberg說，目前的研究并未明確證明表觀遺傳學與精神疾病的聯(lián)系，但為進一步研究約翰霍普金斯大學研究小組確定的基因位點的表觀遺傳多樣性提供了路線圖。

“我們確實知道，表觀遺傳和遺傳變化都會導致細胞不能做他們應該做的事情，”Feinberg補充說，他研究了幾十年的表觀遺傳學。該研究的結果將于1月14日在Nature Neuroscience上在線描述。

與Feinberg共同領導這項研究的生物統(tǒng)計學家Kasper Hansen博士表示，他們的研究與之前關于表觀遺傳多樣性的嘗試之間存在的主要差異之一是，約翰霍普金斯大學的科學家們使用了一種針對不同細胞的強大實驗設計。人口，包括神經元。其他研究沒有將腦神經膠質細胞神經元分離，神經膠質細胞支持神經元，充當腳手架，清潔劑和營養(yǎng)供應者。

約翰霍普金斯大學的科學家，包括第一作者Lindsay Rizzardi和Peter Hickey，開始研究45個腦組織樣本，這些樣本來自六個人(三個男性和三個女性，年齡37-57歲)，他們沒有被診斷出患有精神疾病或神經系統(tǒng)疾病。他們的死，曾在美國國立衛(wèi)生研究院和馬里蘭大學的生物銀行捐贈了大腦。

樣本取自大腦的四個區(qū)域：背外側前額葉皮質，控制決策和社會行為; 前扣帶回，以其與情緒和行為的聯(lián)系而聞名; 海馬體，負責學習和記憶; 和伏隔核，處理獎勵行為的網(wǎng)站。通過比較來自不同大腦區(qū)域和細胞群體的同一個體的樣本，可以排除遺傳和許多環(huán)境暴露(例如吸煙)的混雜效應，Hansen說。

科學家們對腦組織樣本進行了純化，以分離神經元和神經膠質，對神經元的基因組進行測序，并比較每個大腦區(qū)域神經元的測序結果。觀察基因組中表觀遺傳變化的分布情況，科學家發(fā)現(xiàn)基因組中1200萬個堿基對(超過30億個)的表觀遺傳多樣性比單獨偶然發(fā)生在這些區(qū)域的情況更多。他們發(fā)現(xiàn)表觀遺傳學的大部分差異發(fā)生在伏隔核的神經元中，這是大腦的獎勵中心。

利用統(tǒng)計工具評估基因組測序結果，研究人員發(fā)現(xiàn)八種類型的表觀遺傳變化中至少有一種與已知的遺傳密碼變化呈正相關，其中近一半(27種中的13種)與遺傳形式的成癮行為，精神分裂癥有關。和神經質。表觀遺傳變化與遺傳性，非腦相關性狀(如體重指數(shù)和身高)之間的遺傳差異無關。

Hansen是約翰霍普金斯大學彭博公共衛(wèi)生學院和McKusick Nathans遺傳醫(yī)學研究所的生物統(tǒng)計學副教授，他解釋說，強大的實驗設計通過比較來自同一個體的不同大腦區(qū)域的多個樣本，有助于消除個體之間的差異。“此外，遺傳關聯(lián)的強度也取決于這些特征的遺傳結構的現(xiàn)有結果，這些特征已經從數(shù)十到數(shù)十萬個樣本建立，”漢森說。

“表觀遺傳變化可能改變細胞的身份及其功能，”費恩伯格建議，他也是約翰霍普金斯大學生物醫(yī)學工程，生物統(tǒng)計學，精神病學和行為科學教授。“為了揭示表觀遺傳學如何與精神疾病相關聯(lián)，下一步是開發(fā)定制的基因組陣列，捕獲我們發(fā)現(xiàn)的基因組區(qū)域，并將其與更多有精神疾病和無精神疾病的人群進行比較。”