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科学家揭示了大脑发育和乳腺癌基因之间的潜在联系

索尔克研究所(Salk Institute)的科学家们发现了大脑发育与一种与乳腺癌和卵巢癌相关的基因突变之间惊人的关键联系的细节。除了更好地理解一小部分易患乳腺癌的人的神经损伤外,这项新研究还有助于更好地理解大脑的进化。

科学家揭示了大脑发育和乳腺癌基因之间的潜在联系

这项研究发表在本月的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。研究显示,BRCA1基因在小鼠大脑的健康发育过程中发挥着重要作用,它可能为一些从基因上容易患乳腺癌的女性出现大脑癫痫的原因提供了线索。

以前,人们会将BRCA1突变或缺失与乳腺癌和卵巢癌联系在一起,”索尔克遗传学实验室教授、美国癌症学会分子生物学教授因德·维尔马(Inder Verma)说。“我们的论文超越了这种联系,来解释BRCA1在大脑中的保护机制。”

10年前,索尔克研究所(Salk Institute)的三家实验室在一个饮水机旁的研究人员交谈中开始了合作。研究小组发现,消除神经干细胞中的BRCA1基因具有深远的影响:大脑的大片区域完全缺失了;大脑皮层通常有六层,但只发育了两个非常基本的层;小脑通常由许多褶皱和折痕组成,几乎完全光滑;处理气味信息的嗅球组织严重紊乱,发育不良。神经元在形成后不久就迅速死亡,而那些存活下来的往往是有缺陷的。在小鼠模型中,这导致了平衡、运动技能等核心功能的干扰。

BRCA1缺失究竟是如何导致这种神经灾难的呢?在之前的一篇论文中,研究小组发现,如果没有BRCA1基因编码的蛋白质,DNA就无法被正确包装,变得脆弱,更有可能在DNA复制过程中断裂。在这篇新论文中,研究人员揭示了更多关于这一机制的信息,表明如果没有BRCA1的保护能力,DNA链上的断裂就会变得不固定,促使分子ATM激酶激活一种名为p53的蛋白质的细胞“自杀”途径。这种途径有助于阻止受损细胞的复制,在癌症研究中非常重要。

“BRCA1的作用是赋予DNA稳定性,防止DNA断裂,”分子神经生物学实验室索尔克研究所的研究员卡洛斯g佩雷斯-加西亚(Carlos G. Perez-Garcia)说,“BRCA1对所有健康细胞都很重要。”

当研究人员排除BRCA1和p53时,他们发现这些神经元生长速度正常,但仍然紊乱,细胞指向了错误的方向。

“在这种情况下,我们恢复了很多神经元,但仍然有很多异常,比如细胞是横向的,并指向错误的方向,”杰拉尔德·鲍(Gerald Pao)说。

这个观察领导团队建议BRCA1在协助神经元定向额外作用:基因作用于着丝粒染色体dna基本上锚的武器基本在细胞复制来告诉哪个方向的新细胞生长,在发展中大脑的组织层提供指导。

“值得注意的是BRCA1对大脑有如此显著的影响,尤其是对大脑的大小。这项工作使我们对如何保护神经元有了更好的理解。因为BRCA1似乎调节着着丝粒,研究这种基因将帮助科学家了解哺乳动物的大脑是如何随着时间进化的。

鲍康如补充说:“现在我们对为什么一些乳腺癌患者也会出现脑痉挛有了一个解释。”这方面的知识可能有助于识别易于癫痫发作的乳腺癌易感患者,并提供适当的治疗。

这项工作是Inder Verma实验室的研究人员、分子神经生物学Vincent J. Coates主席Fred Gage、Salk 's Vi主席和年龄相关性神经退行性疾病研究John Adler主席之间的合作。

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