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Neuron:大脑何时表达妈妈的基因,何时表达爸爸的基因

2017/03/03 来源:生物通
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导读
最近,美国犹他大学医学院的科学家发现了母源和父源等位基因表达的新型偏差。在神经生物学助理教授Christopher Gregg博士的带领下,这些科学家开发出一种筛查,能够测定父母两方的特定基因的活性。


当我们看一个孩子的脸,我们会觉得他的眼睛像妈妈,他的鼻子像爸爸。不过,当我们看一个细胞,我们不会这么细分。众所周知,每个细胞或多或少地表达母源基因和父源基因的等位基因。由于基因组印记或X失活等机制,这种模式也存在某些差异。当然,也许还有一些机制是未知的。

最近,美国犹他大学医学院的科学家发现了母源和父源等位基因表达的新型偏差。在神经生物学助理教授Christopher Gregg博士的带领下,这些科学家开发出一种筛查,能够测定父母两方的特定基因的活性。

利用这种筛查,科学家发现,大脑中的细胞通常优先激活一个等位基因。在新生小鼠大脑中至少一个区域,这种不平衡似乎成为一种惯例。对于中缝背核中约85%的基因,母源和父源基因拷贝的激活存在差异。不过十天后,情况已经大不同,除10%的基因外,所有基因的两个拷贝均被激活。

研究人员补充说,在猴子和人类的大脑中,单个神经元或特定类型的神经元让父或母的基因沉默,这并不罕见。近日,他们在《Neuron》杂志上发表文章,通过基因组学、原位杂交和小鼠遗传学策略揭示了大脑中的多种等位基因效应。

Gregg博士谈到:“这个故事有助于理解我们为什么有性繁殖。通常来说,一个基因的两个拷贝可作为保护缓冲区,以防其中一个是有缺陷的。我们的研究表明,健康的基因拷贝被关闭的时期可能是关键的窗口期,这时细胞很容易受到突变的影响。”

通常引起精神疾病的突变是杂合的,意味着它们只影响一个基因拷贝。Gregg实验室正在探索为什么同一个基因与多种精神疾病相关,以及为什么不同的人在严重程度上存在差异。研究表明,大脑中的某些细胞可能主要表达基因的突变拷贝,而其他细胞则不是。

研究人员发现,等位基因效应与发育阶段和细胞类型相关,在新生儿大脑中特别流行,并导致单等位基因(monoallelic)脑细胞的嵌合体,这些细胞差异表达野生型和突变的等位基因。他们发现,影响精神疾病风险的多种非遗传等位基因效应也存在于猕猴和人类大脑中。

“这些筛查发现了一个新的景象,不是因为印记,也不是因为X失活,而是采取各种不同的形式,”Gregg博士解释道。“一些效应是年龄特异的,一些在出生后是稳定的,一些影响大多数脑细胞,而一些是细胞特异的,一些涉及到拮抗效应(一个上升,另一个下降),而另一些则采取不同的模式。”

Gregg博士和他的团队目前致力于了解父母基因表达的差异如何影响大脑功能和疾病风险。尽管这些研究专注于脑细胞和精神疾病,但他们开发的筛查可被科学界所利用,为更多的细胞类型提供见解。

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