大脑DNA 3D结构的改变可能对精神疾病有影响

2020年8月17日下午5:00

作者:沙经脉


患有精神疾病的人,如精神分裂症和自闭症谱系障碍(ASDs),处理来自环境的感官刺激的能力受损。这些人的这些症状可能是由于他们大脑内的异常线路,源于他们脑细胞中的基因突变。

我们的大脑通过改变神经元活动来适应环境,神经元活动会诱导特定基因在特定时间开启和关闭。这是在神经细胞之间建立精确连接,形成处理外部世界信息的电路的关键。当这个基因程序被破坏时,它会影响这些神经元连接的精确形成,这可能是许多精神疾病的潜在原因。

在一项新的研究中,犹他大学健康学院和宾夕法尼亚大学的科学家们使万博APP官网平台用小鼠的神经元细胞来确定特定基因是如何随着神经元活动而打开和关闭的。这些研究人员发现,神经元活动的变化可以改变神经元中DNA的3d结构,这是精确控制基因表达所必需的。他们的分析表明,破坏这些依赖活动的DNA重排可能在精神分裂症和ASD中发挥作用。

这项研究发表在自然神经科学

“把基因组(我们细胞核内的完整DNA)想象成一根纠缠在一起的染色体纱线,为了表达某些基因,纱线的特定区域需要相互连接,”他说杰森·谢泼德博士他是这项研究的共同高级作者,也是密歇根大学健康学院神经生物学和解剖学副教授。“当你解开纱线的特定部分时,会形成新的褶皱,这样以前相距很远的纱线部分现在就彼此靠近了。”

Shepherd的团队与Jennifer Phillips-Cremins博士和她在宾夕法尼亚大学的研究团队合作,他们是最近开发的测序技术的先驱,可以确定DNA结构的3d变化。他们发现,当神经元不活跃时,本该指导特定基因制造蛋白质的DNA区域彼此远离。当研究人员使用一种药物来激活这些神经元时,他们发现这种药物改变了DNA的3d结构,这样就形成了新的环路,使DNA的非蛋白质编码增强子区域靠近目标基因,就像上面的纱线例子一样。这使得基因表达的转录过程得以启动。

在分析数据时,主要作者乔恩·比根(Jon Beagan)发现这些循环有不同的类别。在一类中,神经活动诱导了基因表达,而在另一类中,它降低了基因表达。这使得研究人员想知道这些不同类型的循环是否在两种相关的神经发育障碍中起着独特的作用,精神分裂症和ASD。他们发现,降低某些基因表达的循环类型与精神分裂症中常见的突变有关。此外,他们发现增加一组不同基因表达的循环类型与自闭症谱系障碍中常见的突变有关。有趣的是,他们注意到这两种疾病的突变发生在DNA的一个区域,而这个区域本身并不制造蛋白质。

Shepherd说:“虽然基因突变在[蛋白质]编码区域的作用在精神疾病中是众所周知的,但非编码区域在这些疾病中所起的作用却很难弄清楚。”

这是首批表明感官体验可以改变脑细胞DNA结构的研究之一,这种变化可能会对精神疾病产生影响。下一步是对活老鼠大脑中的这些循环事件进行操作,并确定其对大脑线路的影响,以及是否会对行为和认知产生影响。

未来的研究将需要确定这些依赖于经验的变化是否以同样的方式发生在人类身上,以及这些信息是否可以用于了解个体对发展精神疾病的易感性。

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这项研究得到了纽约干细胞基金会、美国国立卫生研究院、陈·扎克伯格倡议、美国国家科学基金会和大脑研究基金会的支持。

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