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        大腦驚人的基因組多樣性被揭示出來

        我們的大腦含有令人驚訝的DNA多樣性。盡管我們被告知,我們體內(nèi)的每一個細(xì)胞都有相同的DNA,但事實上,大腦中的大多數(shù)細(xì)胞的DNA都發(fā)生了變化,使得每個神經(jīng)元都有些不同。

        大腦驚人的基因組多樣性被揭示出來

        現(xiàn)在,索爾克研究所的研究人員和他們的合作者已經(jīng)證明,這種變異的一種來源——被稱為“長穿插核元素”(long interspersed nuclear elements,簡稱lls)——存在于44%到63%的健康神經(jīng)元中,它不僅可以插入DNA,還可以移除DNA。在此之前,這些l1被認(rèn)為是一種叫做“跳躍基因”的DNA小片段,可以在整個基因組中復(fù)制粘貼自己,但研究人員發(fā)現(xiàn),它們也會導(dǎo)致整個基因的大量缺失。更重要的是,這些變異會影響對大腦發(fā)育至關(guān)重要的基因的表達(dá)。

        這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在2016年9月12日的《自然神經(jīng)科學(xué)》(Nature Neuroscience)雜志上,可能有助于解釋是什么讓我們每個人都是獨(dú)一無二的——例如,為什么即使是同卵雙胞胎彼此之間也會如此不同——以及跳躍基因是如何出錯并導(dǎo)致疾病的。

        “2013年,我們發(fā)現(xiàn)不同的大腦在同一個神經(jīng)元有各種互補(bǔ)的DNA,建議他們互相功能略有不同即使在同一個人,”說,這項研究的高級研究員生銹的計,索爾克教授實驗室的遺傳學(xué)和持有人Vi和約翰·阿德勒的椅子與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病研究。“最近的這項研究揭示了一種新的和令人驚訝的變異形式,它將幫助我們理解L1s的作用,不僅在健康的大腦中,而且在那些受精神分裂癥和自閉癥影響的大腦中。”

        2005年,Gage的研究小組發(fā)現(xiàn)L1s是大腦基因組多樣性的一種機(jī)制。然而,直到對單個細(xì)胞的整個基因組進(jìn)行測序成為可能,科學(xué)家們才能夠掌握這些變異的數(shù)量和性質(zhì)。利用2013年發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文中詳細(xì)介紹的單細(xì)胞測序,Gage的研究小組發(fā)現(xiàn),在這些細(xì)胞的基因組中插入或刪除了大量DNA。

        但即使在那項研究中,導(dǎo)致插入和刪除的機(jī)制也不清楚,這使得人們難以解讀基因組的特定區(qū)域是否或多或少可能發(fā)生改變,以及跳躍基因是否與刪除有關(guān)。

        在這項新的研究中,Gage和她的合著者Jennifer Erwin和Apua Paquola開發(fā)了一種方法,可以更好地捕捉健康神經(jīng)元中與l1相關(guān)的變異,以便進(jìn)行測序,并創(chuàng)建了一種計算算法,能夠比以前更準(zhǔn)確地區(qū)分變異。

        通過誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成培養(yǎng)皿中的神經(jīng)元,研究小組發(fā)現(xiàn),L1s細(xì)胞很容易發(fā)生DNA斷裂。這是因為在分化過程中,啃噬基因組L1位點(diǎn)的一種特定酶特別活躍。研究小組發(fā)現(xiàn),人們從父母那里繼承了一些l1基因,而這種酶似乎會在這些位點(diǎn)附近切割。

        “令人驚訝的是,我們認(rèn)為所有的1s軌道都能進(jìn)入新的位置。但是它們導(dǎo)致缺失的事實意味著它們正在以一種更重要的方式影響基因組。

        Gage相信多樣性對大腦是有好處的——畢竟,大約一半的腦細(xì)胞都有大量的缺失或插入的DNA是由L1s單獨(dú)引起的——但是過多的DNA會導(dǎo)致疾病。

        最近有證據(jù)表明,來自精神分裂癥患者或罕見的自閉癥相關(guān)障礙Rett綜合征患者的神經(jīng)元,其基因組中L1變異量高于正常水平。在這項新的研究中,研究小組檢測了一種與精神分裂癥相關(guān)的基因DLG2,在這種基因中,引入L1變異可以改變該基因的表達(dá)以及隨后神經(jīng)元的成熟。該小組計劃探索L1變異在其他基因中的作用以及它們對大腦活動和疾病的影響。

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