刺激的环境促进大脑;现在科学家们已经发现了相关基因

环境强化——包括基础设施、不熟悉的气味和味道、玩具和谜题——经常被用于动物园、实验室和农场，以刺激动物，增加它们的健康。刺激环境对心理健康和认知更有利，因为它们促进神经元及其连接的生长和功能，神经胶质细胞支持和滋养神经元，以及大脑内的血管。但是，究竟是什么更深层次的分子机制首先引发了这些神经生理学上的巨大变化呢?这是最近一项研究的主题分子神经科学前沿。

在这里，一个由多国科学家组成的团队使用一个大型的分子工具箱，以前所未有的细节来描绘如何环境浓缩导致小鼠大脑神经元和胶质细胞的染色体三维组织发生变化，导致少数细胞的激活或失活基因在基因组内。他们表明，人类中对认知心理健康至关重要的基因受到了特别的影响。这一发现可能会激发人们寻找新的治疗方法。

富集首先导致染色体的三维结构“打开”

“在这里，我们首次用许多最先进的方法获得的大规模数据表明，在一个额外刺激环境中长大的年轻老鼠具有高度特定的‘表观遗传’变化——也就是说，来自西班牙巴塞罗那基因组调控中心的通讯作者Sergio Espeso-Gil博士说。

他继续说，“这些增加了染色体的局部‘开放性’和‘环形’，特别是在DNA延伸区域被称为增强子和绝缘子的地方，然后微调更多的‘下游’基因。”这不仅发生在神经元中，也发生在支持神经胶质细胞中，而这些细胞在关于学习的研究中常常被忽视。”

esesso - gil和他的同事们在有乐高积木、梯子、球和隧道的房间里饲养了出生后第一个月的实验鼠。这些房间经常更换和移动。作为对照，小鼠在标准住房内被分成小组饲养。然后，作者使用了一系列的辅助工具来寻找大脑皮层内神经元和胶质细胞的分子变化。这些变化包括染色体三维结构的变化，特别是局部“染色质可及性”(开放性)和“染色质相互作用”(通过循环将遥远的基因聚集在一起，以协调活动)。

表观遗传的主开关

他们表明，在环境富集后，一个“主”开关在局部增加了蛋白质CTCF的活性，刺激染色体内和染色体之间的染色质相互作用。第二个主开关的工作原理是局部增加染色质的可及性，特别是在对认知很重要的锥体神经元内。第三种是在重要的染色体蛋白组蛋白H3上高度定位地加入CH3-(甲基)基团，这种变化会激活附近的基因。

这些开关主要发生在包含增强子的基因组区域，增强子是调节DNA(当与称为转录因子的蛋白质结合时)可以激活邻近基因的DNA。也受到影响基因组区域利用绝缘体，可以覆盖邻近增强子的基因激活效应的调控DNA。

作者得出的结论是，在丰富的环境中长大，会导致神经元和大脑中高度局部和特定的表观遗传变化神经胶质细胞。然后这些会改变基因组中少数基因的活性——主要是通过激活而不是抑制。总体而言，0.2-0.4%的增强子和2-5%的启动子(即基因表达第一步的起始位点，DNA转录为蛋白质编码或调节RNA)受到影响。

与人类心理健康有关

“我们的研究结果表明，许多相关基因在神经元的生长和分化中发挥着作用血管新突触连接的形成和形成神经元esesso - gil说。

“当我们在人类基因组中寻找平行区域时，我们发现许多区域在统计上与人类失眠、精神分裂症和阿尔茨海默氏症等复杂特征的差异有关，这意味着我们的研究可以为未来对这些疾病的研究提供信息。”这指出了在心理健康治疗中环境富集的潜力。我们的研究还可以帮助指导未来关于染色质相互作用和神经胶质细胞对认知心理健康的重要性的研究。”

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