新类型的脑细胞被发现

在显微镜下，很难分辨任何两个神经元之间的区别。因此，科学家们转向分子方法，试图识别具有不同功能的神经元群。如今，索尔克研究所(Salk Institute)和加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的科学家首次对单个神经元中的DNA分子进行了化学修饰，提供了迄今为止最详细的信息，说明是什么让一个脑细胞与其相邻的细胞不同。这是开始确定有多少种神经元存在的关键一步，神经科学家们一直没有搞清楚，但这可能会让人们对大脑发育和功能障碍有更深入的了解。每个细胞的甲基体——由dna上的甲基群组成的化学标记模式——提供了一个独特的读数，帮助索尔克团队将神经元分类为亚型。这项研究发表在2017年8月10日的《科学》杂志上。

我们认为这是非常惊人的,我们可以分开成单个细胞,大脑methylomes序列,并确定许多新的细胞类型及其基因调控元素,这些神经元的基因开关不同于彼此,”文章的第二作者约瑟夫·埃克说,沙克的基因组分析实验室主任和教授霍华德•休斯医学研究所的研究员。

过去，为了确定是什么使不同类型的神经元彼此分离，研究人员研究了单个脑细胞内RNA分子的水平。但是，当细胞暴露在新的环境中，甚至一整天，RNA的水平都会迅速变化。因此，索尔克的研究小组转而研究细胞的甲基化体，这种甲基化体在整个成年期通常是稳定的。

“我们的研究表明，我们可以根据甲基化体清楚地定义神经元类型，”索尔克高级职员兼科学家玛格丽塔·贝伦斯(Margarita Behrens)说。“这开启了一种可能性，可以理解是什么使得位于同一大脑区域的两个神经元——在其他方面看起来相似——表现不同。”

研究小组通过对大脑额叶皮层的研究，开始了对老鼠和人类大脑的研究。额叶皮层是大脑中负责复杂思维、个性、社会行为和决策等方面的区域。他们从小鼠的额叶皮层中分离出3377个神经元，从25岁的死者的额叶皮层中分离出2784个神经元。

然后，研究人员使用他们最近开发的一种叫做snmC-seq的新方法对每个细胞的甲基化体进行测序。与体内其他细胞不同的是，神经元有两种甲基化作用，因此该方法将这两种作用都进行了标记——CG甲基化(包含核苷酸、胞嘧啶和鸟嘌呤的DNA序列)和非CG甲基化。

他们发现，根据甲基化模式，来自老鼠额叶皮层的神经元聚集成16个亚型，而来自人类额叶皮层的神经元则更为多样化，形成21个亚型。与兴奋性神经元相比，在小鼠和人类之间，为大脑信息提供停止信号的抑制性神经元表现出更保守的甲基化模式。这项研究还发现了以前从未被定义过的独特的人类神经元亚型。这些结果为进一步理解人类大脑与其他动物大脑的区别打开了大门。

加州大学圣地亚哥分校认知科学系的Eran Mukamel是这项研究的主要作者之一，他说:“这项研究为大脑细胞的多样性打开了一扇新的窗户。”接下来，研究人员计划扩大他们的甲基组研究，以观察更多的大脑部位，以及更多的大脑。

有数百个,大脑细胞的类型,有不同的功能和行为,重要的是要知道所有这些类型是理解大脑是如何工作的,”索尔克罗Chongyuan说研究助理和co-first新论文的作者,以及加州大学圣地亚哥分校的研究生克里斯托弗基翁。“我们的目标是创建一个包含老鼠和人类大脑的部件列表。”

一旦“部分列表”完成，Ecker说，他们还想开始研究大脑疾病患者的神经元甲基化是否与健康人不同。他说:“如果只有1%的细胞存在缺陷，我们应该能够通过这种方法发现它。”“到目前为止，我们还没有机会在这么小的细胞中发现任何东西。”