索爾克大學(xué)(Salk)教授、霍華德•休斯醫(yī)學(xué)研究所(Howard Hughes Medical Institute)研究員約瑟夫•?？?Joseph Ecker)和索爾克大學(xué)(Salk)的科學(xué)家瑪格麗塔•貝倫斯(Margarita Behrens)在2014年獲得了美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health, NIH)通過“大腦(通過推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)進(jìn)行大腦研究)”(BRAIN Research through advanced Innovative Neurotechnologies)為神經(jīng)科學(xué)前沿工作提供的新一輪資助。這項(xiàng)撥款于9月30日宣布，將在三年內(nèi)為索爾克科學(xué)家提供300多萬美元的資助。

去年啟動(dòng)的“大腦倡議”(BRAIN Initiative)是一項(xiàng)總統(tǒng)努力，目的是支持推進(jìn)基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)的高優(yōu)先級(jí)研究，其目標(biāo)是揭示大腦的工作方式，開發(fā)治療、預(yù)防和治療阿爾茨海默病(Alzheimer 's disease)、精神分裂癥、自閉癥、癲癇和創(chuàng)傷性損傷等腦部疾病的方法。美國國家衛(wèi)生研究院(NIH)、國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)、食品藥品管理局(FDA)和國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)四個(gè)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)已承諾在2014財(cái)年為該計(jì)劃提供1億多美元的支持。

大腦有幾種細(xì)胞類型，其中許多還沒有被很好地理解。新的撥款將支持Ecker和Behrens的實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建大腦地圖，以識(shí)別每種細(xì)胞類型及其連接方式。特別是，Ecker和Behrens將研究腦細(xì)胞的形成是如何受到表觀基因組的影響的，表觀基因組是一組分子或化學(xué)標(biāo)記，它們點(diǎn)綴在DNA上，并調(diào)節(jié)基因的活動(dòng)。表觀基因組和基因組一起決定了包括大腦在內(nèi)的所有器官的生長和功能。

“我們對(duì)國家心理健康研究所的這一額外支持感到非常興奮，因?yàn)樗С治覀儏⑴c大腦計(jì)劃，”Ecker說，他同時(shí)也是Gordon和Betty Moore基金會(huì)的研究員和Salk國際遺傳學(xué)理事會(huì)主席。“我們相信我們的新方法——利用腦細(xì)胞類型的表觀遺傳差異——將補(bǔ)充現(xiàn)有的映射方法，最終導(dǎo)致對(duì)神經(jīng)元的身份和功能差異的更深入理解，并為大腦發(fā)育和疾病提供一個(gè)可能的窗口。”

一個(gè)叫做DNA甲基化的過程是表觀基因組影響基因組的一個(gè)主要方式。在這個(gè)過程中，碳和氫原子被添加到DNA中稱為胞嘧啶(C)的四個(gè)堿基之一。這種甲基化會(huì)關(guān)閉基因，阻止某些蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。

Ecker領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了人類表觀基因組的第一張?jiān)敿?xì)地圖，他開發(fā)了一種名為甲基c - seq的表觀遺傳標(biāo)記映射方法，可以追蹤DNA構(gòu)建塊胞嘧啶甲基化的位置。Ecker已經(jīng)將甲基c - seq應(yīng)用于許多領(lǐng)域的表觀遺傳學(xué)問題。最近，?？撕拓悅愃估L制了人類和小鼠在其生命周期內(nèi)大腦表觀基因組的詳細(xì)圖譜，這項(xiàng)工作被美國國家衛(wèi)生研究院(NIMH)主任湯姆·因塞爾(Tom Insel)列為2013年“十大”研究進(jìn)展之一。

貝倫斯說:“這些圖譜讓我們發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元顯示出特定的甲基化標(biāo)記，不僅能將它們與大腦中的非神經(jīng)元細(xì)胞區(qū)分開來，還能將它們彼此區(qū)分開來。”這在神經(jīng)生物學(xué)上開辟了一個(gè)全新的世界，在那里每個(gè)腦細(xì)胞都可以通過一個(gè)穩(wěn)定的分子標(biāo)記來識(shí)別。這將有助于研究大腦連接是如何建立和維持的。

該實(shí)驗(yàn)室將使用全基因組的腦細(xì)胞群胞嘧啶甲基化圖譜來探測在大腦切片和整個(gè)大腦中顯示獨(dú)特甲基化標(biāo)記的細(xì)胞的物理位置。這種新穎的做法將導(dǎo)致表觀遺傳的創(chuàng)建地圖的每一個(gè)細(xì)胞類型可以與現(xiàn)有的大腦基因表達(dá)地圖集和連接地圖,最終作為參考地圖與神經(jīng)系統(tǒng)疾病如精神分裂癥或阿爾茨海默病和揭示更多關(guān)于神經(jīng)系統(tǒng)疾病。