与精神疾病相符的大脑神经元之间的差异

对于科学家来说，多样性是生物学的本质，而不仅仅是调味品，这并不奇怪，但大多数先前对关键脑细胞的研究发现，常见的细胞过程几乎没有变异，涉及如何阅读和采取遗传信息。

这个过程称为表观遗传学，涉及基因活动的化学或结构“调整”，不会影响基础遗传密码本身，但会影响基因何时以及如何通过其蛋白质编码指令进行阅读。当表观遗传变化在错误的时间或地点发生时，该过程也会在错误的时间和地点打开或关闭基因。

现在，在一项关注正常人脑组织四个区域的新研究中，约翰霍普金斯大学的科学家们发现，不同大脑区域的神经元之间存在大约13,000个表观遗传差异区域，这些区域至少相差10%。利用全基因组测序和计算统计工具，他们还发现这些表观遗传变化的位置 - 覆盖基因组中的大约1200万个碱基 - 与导致成瘾行为，精神分裂症和神经症如生物极性疾病的遗传信号共定位。 。

“我们相信，我们已经发现神经元基因组的哪些部分在这四个大脑区域的表观遗传学上是不同的，”彭博，医学，肿瘤学，分子生物学和遗传学博士杰出教授安德鲁费恩伯格说。“这些地区富含与某些精神疾病相关的遗传性遗传变异。”

科学家长期以来一直怀疑表观遗传学在精神疾病，其他神经系统疾病如阿尔茨海默氏症以及其他一系列人类疾病(包括癌症)中起着重要作用。Feinberg说，目前的研究并未明确证明表观遗传学与精神疾病的联系，但为进一步研究约翰霍普金斯大学研究小组确定的基因位点的表观遗传多样性提供了路线图。

“我们确实知道，表观遗传和遗传变化都会导致细胞不能做他们应该做的事情，”Feinberg补充说，他研究了几十年的表观遗传学。该研究的结果将于1月14日在Nature Neuroscience上在线描述。

与Feinberg共同领导这项研究的生物统计学家Kasper Hansen博士表示，他们的研究与之前关于表观遗传多样性的尝试之间存在的主要差异之一是，约翰霍普金斯大学的科学家们使用了一种针对不同细胞的强大实验设计。人口，包括神经元。其他研究没有将脑神经胶质细胞神经元分离，神经胶质细胞支持神经元，充当脚手架，清洁剂和营养供应者。

约翰霍普金斯大学的科学家，包括第一作者Lindsay Rizzardi和Peter Hickey，开始研究45个脑组织样本，这些样本来自六个人(三个男性和三个女性，年龄37-57岁)，他们没有被诊断出患有精神疾病或神经系统疾病。他们的死，曾在美国国立卫生研究院和马里兰大学的生物银行捐赠了大脑。

样本取自大脑的四个区域：背外侧前额叶皮质，控制决策和社会行为; 前扣带回，以其与情绪和行为的联系而闻名; 海马体，负责学习和记忆; 和伏隔核，处理奖励行为的网站。通过比较来自不同大脑区域和细胞群体的同一个体的样本，可以排除遗传和许多环境暴露(例如吸烟)的混杂效应，Hansen说。

科学家们对脑组织样本进行了纯化，以分离神经元和神经胶质，对神经元的基因组进行测序，并比较每个大脑区域神经元的测序结果。观察基因组中表观遗传变化的分布情况，科学家发现基因组中1200万个碱基对(超过30亿个)的表观遗传多样性比单独偶然发生在这些区域的情况更多。他们发现表观遗传学的大部分差异发生在伏隔核的神经元中，这是大脑的奖励中心。

利用统计工具评估基因组测序结果，研究人员发现八种类型的表观遗传变化中至少有一种与已知的遗传密码变化呈正相关，其中近一半(27种中的13种)与遗传形式的成瘾行为，精神分裂症有关。和神经质。表观遗传变化与遗传性，非脑相关性状(如体重指数和身高)之间的遗传差异无关。

Hansen是约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院和McKusick Nathans遗传医学研究所的生物统计学副教授，他解释说，强大的实验设计通过比较来自同一个体的不同大脑区域的多个样本，有助于消除个体之间的差异。“此外，遗传关联的强度也取决于这些特征的遗传结构的现有结果，这些特征已经从数十到数十万个样本建立，”汉森说。

“表观遗传变化可能改变细胞的身份及其功能，”费恩伯格建议，他也是约翰霍普金斯大学生物医学工程，生物统计学，精神病学和行为科学教授。“为了揭示表观遗传学如何与精神疾病相关联，下一步是开发定制的基因组阵列，捕获我们发现的基因组区域，并将其与更多有精神疾病和无精神疾病的人群进行比较。”