研究发现大脑中存在基因变异

人们曾经认为，人体内的每个细胞都拥有相同的DNA密码，基因组的特定解读方式赋予了细胞功能，并定义了个体。然而，对于我们体内的许多细胞类型来说，这是一种过度简化。过去十年发表的关于神经元基因组的研究发现了额外或缺失的染色体，即可以在整个基因组中复制和粘贴自己的DNA片段。

知道来自同一个人的神经元的唯一途径是通过分析单一的基因组细胞而不是整体细胞群，后者产生一个平均。现在，通过单细胞测序，索尔克研究所的研究人员和他们的合作者已经证明了单个神经元彼此之间的差异比预期的还要大。研究结果发表在11月1日科学。

“与我们曾经认为的态度相反，大脑中神经元的遗传构成不相同，但是由DNA的拼凑而成，”Company Author Fred Gage，Salk的VI和John Adler主席进行了与年龄相关的研究神经变性疾病。

在这项研究中，由克里克 - 雅各布斯的前三合师傅迈克麦凯纳领导的克里克 - 雅各布队的理论和计算生物学中心，研究人员分离了三个人追逐的三个人。科学家们拍摄了整个级别的景观基因组- 寻找大量缺失和DNA的重复，称为拷贝数变异或CNV - 发现，多达41％的神经元至少有一个独特的巨大CNV，这意味着它没有从父母中掉了。该团队发现，CNV在整个基因组中遍布。

单个细胞中极少量的DNA必须经过多次化学扩增才能被测序。这个过程在技术上具有挑战性，所以团队花了一年的时间来排除过程中潜在的错误来源。

盖奇说:“我们的研究主要是做对照实验，以证明这不是人工制品。”“我们必须这样做，因为这是一个惊喜——发现大脑中的单个神经元有不同的DNA含量。”

研究小组在单个神经元中发现了类似数量的变异CNVs皮肤细胞三个健康的人。科学家经常使用这种诱导多能干细胞(iPSCs)来研究培养皿中的活神经元。因为诱导多能干细胞来源于单个皮肤细胞，人们可能认为它们的基因组是相同的。

“令人惊讶的是，他们不是，”盖奇说。“在一个诱导多能干细胞系衍生的神经元基因组中，有相当多的独特缺失和扩增。”

有趣的是，皮肤细胞本身是遗传不同的，但几乎与神经元一样多。这种发现以及神经元具有独特的CNVS的事实，表明遗传变化发生在较晚的发展中，并不从父母继承或传递给后代。

神经元比皮肤细胞有更多样的基因组，这是有道理的，麦康奈尔说，他现在是生物化学和生物化学的助理教授分子遗传学在夏洛茨维尔的弗吉尼亚大学医学院。他说:“神经元不同于皮肤细胞，它们不会翻转，而是相互作用。”“它们形成了这些大而复杂的回路，其中一个具有CNVs使其不同的细胞可以潜在地在大脑中具有网络范围的影响。”

自发性发生的CNV也与脑疾病如精神分裂症和自闭症等脑疾病的风险有关，但这些研究通常会池很多血细胞。结果，在这些研究中发现的CNV会影响许多，如果不是所有细胞，这表明它们会在发育早期出现。

CNV在健康中的目的大脑尚不清楚，但研究人员有一些想法。这些修改可能会帮助人们适应一生中遇到的新环境，或者帮助我们在大规模病毒感染中生存下来。科学家们正在研究改变ipsc衍生的基因组可变性的方法神经元并在培养皿中以特定的方式挑战他们。

具有不同基因组的细胞可能产生独特的RNA，然后是蛋白质。然而，到目前为止，只有一种测序技术可以应用于单个细胞。

“如果不止一种方法可以应用于一个细胞，我们将能够以可预测的方式看到不同基因组的细胞是否有不同的转录组(一个细胞中所有RNA的集合)，”McConnell说。

此外，还需要对更多的细胞进行测序，特别是更多的细胞细胞类型弗吉尼亚大学(University of Virginia)生物化学和分子遗传学副教授、通讯作者艾拉·霍尔(Ira Hall)指出。他说:“要真正了解我们所发现的东西是神经元特异性的，或者与年龄或基因型等不同参数有关，还有很多工作要做。”

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