STM:科学家首次在活体大脑中揭示基因活力“开关”
2016/08/15
哈佛大学医学院的科学家花了7年时间首次用大脑扫描技术揭示了基因在大脑活动中的变化,这项发现将有助于阿尔茨海默综合征、精神分裂症以及其他大脑紊乱所导致的疾病的治疗。

别被上面大脑图中的橘红色和柠檬黄亮瞎了“眼睛”。如果它的发明者是正确的,这意味着:一种全新的神经影像学工具出现了,它首次在活的大脑中发现了基因打开或关闭的位置。这项研究近日被发表在《科学.转化医学》(Science Translational Medicine)期刊上。

在HDAC酶上绑定11cMartinosatat并注入体内

组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)对染色体的结构修饰和基因表达调控发挥着重要的作用。HDAC的含量高低与基因的变化程度有关:含量最高的脑区,是基因最不易发生变化的脑区。

哈佛医学院生物医学成像马蒂诺中心(MartinosCentre)的研究人员Hsiao-YingWey和TonyaGilbert带领的团队通过7年时间在HDAC酶上捆绑了被称作11cMartinosatat的化学混合物,并注入8个健康的人体内使用PET脑部扫描技术跟踪反应。11cMartinosatat能够显示人脑的哪些部分会出现HDAC酶,以及出现的量有多大。


首次在活脑中揭示基因活性

在过去,人类大脑中的基因活性只能在死人中检测到。不过由于死亡后的大脑组织通常存放超过12个小时,HDAC酶在人类死亡后会迅速发生变化,因此死人大脑中的基因活性与活体大脑中存在显著差异。

来自麻省总医院(MGH)放射化学家、论文的共同作者Jacob Hooker表示:基因活力对环境的反应灵敏,对它的研究不能脱离自然环境,这项研究发现死的大脑与活体大脑显著不同。这项研究首次向人们展示了在活跃的人脑中,HDAC酶是如何工作的,进一步阐释了活脑中的基因活性。

美国国立药物滥用研究所John Satterlee在美国国立研究院(NIH)主导一个“专门研究基因沉默和基因激活的模式”的项目,但他并没有参与该项研究。在他看来,这项研究把我们带到一个未知的领域,在人类大脑中探索基因表达模式,并奠定了一定基础。

研究意义:成为脑类疾病的早期诊断工具

由于神经学家意识到DNA序列不能很好的解释精神疾病的发病原因,大脑的表观遗传学——不同区域内的“基因开关”俨然成为一个热门话题。

该项研究结果向目前蓬勃发展的表观遗传学领域迈了重要的一步,并从两方面回答了人类提出的一个永恒的问题:“遗传还是环境”?(人体的变化究竟是由基因决定还是环境因素决定?)

在科学家看来,遗传给了人们DNA的密码,但是环境让这些DNA获得了不同的表达方式。活脑里的“基因开关”对于研究许多脑功能障碍则意义重大,包括成瘾、阿尔茨海默氏症、雷特综合征、抑郁症和精神分裂症等。

由于生活环境可以改变基因的开关状态,表观遗传学的改变则可能是导致悲剧、创伤和其他大脑变化的方式。通过揭示控制大脑思考、感觉和记忆的DNA的“开关设计”,新技术有望成为早期检测阿尔茨海默氏症、精神分裂症以及其他疾病的工具。

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