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大脑惊人的基因组多样性被揭示出来

2019-01-11 16:39:27 • 来源：

我们的大脑含有令人惊讶的DNA多样性。尽管我们被告知，我们体内的每一个细胞都有相同的DNA，但事实上，大脑中的大多数细胞的DNA都发生了变化，使得每个神经元都有些不同。

大脑惊人的基因组多样性被揭示出来

现在，索尔克研究所的研究人员和他们的合作者已经证明，这种变异的一种来源——被称为“长穿插核元素”(long interspersed nuclear elements，简称lls)——存在于44%到63%的健康神经元中，它不仅可以插入DNA，还可以移除DNA。在此之前，这些l1被认为是一种叫做“跳跃基因”的DNA小片段，可以在整个基因组中复制粘贴自己，但研究人员发现，它们也会导致整个基因的大量缺失。更重要的是，这些变异会影响对大脑发育至关重要的基因的表达。

这些发现发表在2016年9月12日的《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上，可能有助于解释是什么让我们每个人都是独一无二的——例如，为什么即使是同卵双胞胎彼此之间也会如此不同——以及跳跃基因是如何出错并导致疾病的。

“2013年,我们发现不同的大脑在同一个神经元有各种互补的DNA,建议他们互相功能略有不同即使在同一个人,”说,这项研究的高级研究员生锈的计,索尔克教授实验室的遗传学和持有人Vi和约翰·阿德勒的椅子与年龄相关的神经退行性疾病研究。“最近的这项研究揭示了一种新的和令人惊讶的变异形式，它将帮助我们理解L1s的作用，不仅在健康的大脑中，而且在那些受精神分裂症和自闭症影响的大脑中。”

2005年，Gage的研究小组发现L1s是大脑基因组多样性的一种机制。然而，直到对单个细胞的整个基因组进行测序成为可能，科学家们才能够掌握这些变异的数量和性质。利用2013年发表在《科学》杂志上的一篇论文中详细介绍的单细胞测序，Gage的研究小组发现，在这些细胞的基因组中插入或删除了大量DNA。

但即使在那项研究中，导致插入和删除的机制也不清楚，这使得人们难以解读基因组的特定区域是否或多或少可能发生改变，以及跳跃基因是否与删除有关。

在这项新的研究中，Gage和她的合著者Jennifer Erwin和Apua Paquola开发了一种方法，可以更好地捕捉健康神经元中与l1相关的变异，以便进行测序，并创建了一种计算算法，能够比以前更准确地区分变异。

通过诱导干细胞分化成培养皿中的神经元，研究小组发现，L1s细胞很容易发生DNA断裂。这是因为在分化过程中，啃噬基因组L1位点的一种特定酶特别活跃。研究小组发现，人们从父母那里继承了一些l1基因，而这种酶似乎会在这些位点附近切割。

“令人惊讶的是，我们认为所有的1s轨道都能进入新的位置。但是它们导致缺失的事实意味着它们正在以一种更重要的方式影响基因组。

Gage相信多样性对大脑是有好处的——毕竟，大约一半的脑细胞都有大量的缺失或插入的DNA是由L1s单独引起的——但是过多的DNA会导致疾病。

最近有证据表明，来自精神分裂症患者或罕见的自闭症相关障碍Rett综合征患者的神经元，其基因组中L1变异量高于正常水平。在这项新的研究中，研究小组检测了一种与精神分裂症相关的基因DLG2，在这种基因中，引入L1变异可以改变该基因的表达以及随后神经元的成熟。该小组计划探索L1变异在其他基因中的作用以及它们对大脑活动和疾病的影响。

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