Scripps研究所、加州大學(xué)圣地亞哥分校和Illumina的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了不同的單個(gè)腦神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組的首次大規(guī)模評(píng)估。他們的研究顯示了人腦細(xì)胞用來(lái)從DNA到RNA轉(zhuǎn)錄遺傳信息和產(chǎn)生蛋白的分子有驚人的多樣性。
研究人員通過(guò)從人的大腦中分離單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞核進(jìn)行分析來(lái)完成這一壯舉，這允許對(duì)大腦皮層中的16個(gè)神經(jīng)元亞型，參與思想、認(rèn)知和許多其他功能的“灰質(zhì)”的分類。
Scripps研究所的神經(jīng)生物學(xué)家Jerold Chun教授說(shuō)：“通過(guò)一個(gè)絕妙的科學(xué)合作，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞之間存在大量的轉(zhuǎn)錄組多樣性，這將促進(jìn)對(duì)正常腦和疾病的認(rèn)識(shí)，比如阿爾茨海默氏癥，帕金森，ALS和抑郁癥。”
這項(xiàng)研究于6月24日發(fā)表在Science雜志上。
各個(gè)都不同
部分的大腦皮質(zhì)在顯微鏡下看起來(lái)有所不同，由不同的細(xì)胞形狀和密度形成皮質(zhì)層，大部分被稱為“Brodmann“區(qū)域。但多數(shù)研究者在他們的研究中將神經(jīng)元作為一個(gè)相當(dāng)一致的組。
Chung說(shuō)：“研究人員往往做出假設(shè)：從一個(gè)微小的大腦樣本獲得的信息對(duì)于整個(gè)大腦是真實(shí)的。”
Chung解釋說(shuō)但是大腦不像其它器官。人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到單個(gè)的腦細(xì)胞都是獨(dú)一無(wú)二的，而且可能是腦皮層區(qū)之間的微小差異也反映了獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄組差異，比如在表達(dá)基因、信使RNA（mRNA，它在核外攜帶了DNA代碼的拷貝并決定了細(xì)胞生產(chǎn)的蛋白質(zhì)）上。
為了更好地理解這種多樣性，在這個(gè)新的研究里研究人員在一個(gè)人的大腦皮質(zhì)的六個(gè)Brodmann區(qū)域分析了超過(guò)3200個(gè)單個(gè)的神經(jīng)元，是之前發(fā)表文章的十倍。
研究人員憑借著新開(kāi)發(fā)的工具對(duì)單個(gè)細(xì)胞的核進(jìn)行了分離和測(cè)序，破譯了每個(gè)核里微量的mRNA，揭示了16種神經(jīng)元亞型在大腦皮層和Brodmann區(qū)域中集群的不同組合。這對(duì)揭示為什么這些區(qū)域的外觀和功能不同有所幫助。
神經(jīng)元表現(xiàn)出預(yù)期的相似之處，也有許多差異。它們的轉(zhuǎn)錄譜，揭示了單神經(jīng)元獨(dú)特的、可能導(dǎo)致細(xì)胞功能差異的特征。
文章第一作者，Chun實(shí)驗(yàn)室的Gwendolyn E. Kaeser說(shuō)：“現(xiàn)在我們可以在大腦的單個(gè)神經(jīng)元中找出大量的分子異質(zhì)性。”
許多新問(wèn)題
有趣的是，其中有些基因表達(dá)的差異在出生前的早期大腦發(fā)育中就已出現(xiàn)。研究人員找到一些神經(jīng)元的標(biāo)記表明它們起源于胎兒大腦稱為神經(jīng)節(jié)隆起的特定區(qū)域，從而產(chǎn)生大腦皮層的抑制性神經(jīng)元。這些神經(jīng)元可能跟發(fā)育性腦部疾病有特殊的相關(guān)性。
在未來(lái)的研究中，研究人員希望調(diào)查神經(jīng)元DNA和mRNA在單個(gè)神經(jīng)元、組和人腦之間的不同，以及這些如何被如壓力、藥物或疾病等因素影響。