對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，多樣性是生物學(xué)的本質(zhì)，而不僅僅是調(diào)味品，這并不奇怪，但大多數(shù)先前對(duì)關(guān)鍵腦細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，常見(jiàn)的細(xì)胞過(guò)程幾乎沒(méi)有變異，涉及如何閱讀和采取遺傳信息。

這個(gè)過(guò)程稱為表觀遺傳學(xué)，涉及基因活動(dòng)的化學(xué)或結(jié)構(gòu)“調(diào)整”，不會(huì)影響基礎(chǔ)遺傳密碼本身，但會(huì)影響基因何時(shí)以及如何通過(guò)其蛋白質(zhì)編碼指令進(jìn)行閱讀。當(dāng)表觀遺傳變化在錯(cuò)誤的時(shí)間或地點(diǎn)發(fā)生時(shí)，該過(guò)程也會(huì)在錯(cuò)誤的時(shí)間和地點(diǎn)打開(kāi)或關(guān)閉基因。

現(xiàn)在，在一項(xiàng)關(guān)注正常人腦組織四個(gè)區(qū)域的新研究中，約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，不同大腦區(qū)域的神經(jīng)元之間存在大約13,000個(gè)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(cè)序和計(jì)算統(tǒng)計(jì)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(wàn)個(gè)堿基 - 與導(dǎo)致成癮行為，精神分裂癥和神經(jīng)癥如生物極性疾病的遺傳信號(hào)共定位。 。

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

科學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直懷疑表觀遺傳學(xué)在精神疾病，其他神經(jīng)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(shuō)，目前的研究并未明確證明表觀遺傳學(xué)與精神疾病的聯(lián)系，但為進(jìn)一步研究約翰霍普金斯大學(xué)研究小組確定的基因位點(diǎn)的表觀遺傳多樣性提供了路線圖。

“我們確實(shí)知道，表觀遺傳和遺傳變化都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞不能做他們應(yīng)該做的事情，”Feinberg補(bǔ)充說(shuō)，他研究了幾十年的表觀遺傳學(xué)。該研究的結(jié)果將于1月14日在Nature Neuroscience上在線描述。

與Feinberg共同領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)家Kasper Hansen博士表示，他們的研究與之前關(guān)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(xué)的科學(xué)家們使用了一種針對(duì)不同細(xì)胞的強(qiáng)大實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。人口，包括神經(jīng)元。其他研究沒(méi)有將腦神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)元分離，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞支持神經(jīng)元，充當(dāng)腳手架，清潔劑和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)者。

約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家，包括第一作者Lindsay Rizzardi和Peter Hickey，開(kāi)始研究45個(gè)腦組織樣本，這些樣本來(lái)自六個(gè)人(三個(gè)男性和三個(gè)女性，年齡37-57歲)，他們沒(méi)有被診斷出患有精神疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病。他們的死，曾在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院和馬里蘭大學(xué)的生物銀行捐贈(zèng)了大腦。

樣本取自大腦的四個(gè)區(qū)域：背外側(cè)前額葉皮質(zhì)，控制決策和社會(huì)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(fù)責(zé)學(xué)習(xí)和記憶; 和伏隔核，處理獎(jiǎng)勵(lì)行為的網(wǎng)站。通過(guò)比較來(lái)自不同大腦區(qū)域和細(xì)胞群體的同一個(gè)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(yīng)，Hansen說(shuō)。

科學(xué)家們對(duì)腦組織樣本進(jìn)行了純化，以分離神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)，對(duì)神經(jīng)元的基因組進(jìn)行測(cè)序，并比較每個(gè)大腦區(qū)域神經(jīng)元的測(cè)序結(jié)果。觀察基因組中表觀遺傳變化的分布情況，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)基因組中1200萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)(超過(guò)30億個(gè))的表觀遺傳多樣性比單獨(dú)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(xué)的大部分差異發(fā)生在伏隔核的神經(jīng)元中，這是大腦的獎(jiǎng)勵(lì)中心。

利用統(tǒng)計(jì)工具評(píng)估基因組測(cè)序結(jié)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(guān)，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(guān)。和神經(jīng)質(zhì)。表觀遺傳變化與遺傳性，非腦相關(guān)性狀(如體重指數(shù)和身高)之間的遺傳差異無(wú)關(guān)。

Hansen是約翰霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院和McKusick Nathans遺傳醫(yī)學(xué)研究所的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)副教授，他解釋說(shuō)，強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過(guò)比較來(lái)自同一個(gè)體的不同大腦區(qū)域的多個(gè)樣本，有助于消除個(gè)體之間的差異。“此外，遺傳關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度也取決于這些特征的遺傳結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有結(jié)果，這些特征已經(jīng)從數(shù)十到數(shù)十萬(wàn)個(gè)樣本建立，”漢森說(shuō)。

“表觀遺傳變化可能改變細(xì)胞的身份及其功能，”費(fèi)恩伯格建議，他也是約翰霍普金斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程，生物統(tǒng)計(jì)學(xué)，精神病學(xué)和行為科學(xué)教授。“為了揭示表觀遺傳學(xué)如何與精神疾病相關(guān)聯(lián)，下一步是開(kāi)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(wú)精神疾病的人群進(jìn)行比較。”