Scripps研究所、加州大學圣地亞哥分校和Illumina的團隊已經完成了不同的單個腦神經元轉錄組的首次大規模評估。他們的研究顯示了人腦細胞用來從DNA到RNA轉錄遺傳信息和產生蛋白的分子有驚人的多樣性。
研究人員通過從人的大腦中分離單個神經元細胞核進行分析來完成這一壯舉，這允許對大腦皮層中的16個神經元亞型，參與思想、認知和許多其他功能的“灰質”的分類。
Scripps研究所的神經生物學家Jerold Chun教授說：“通過一個絕妙的科學合作，我們發現細胞之間存在大量的轉錄組多樣性，這將促進對正常腦和疾病的認識，比如阿爾茨海默氏癥，帕金森，ALS和抑郁癥。”
這項研究于6月24日發表在Science雜志上。
各個都不同
部分的大腦皮質在顯微鏡下看起來有所不同，由不同的細胞形狀和密度形成皮質層，大部分被稱為“Brodmann“區域。但多數研究者在他們的研究中將神經元作為一個相當一致的組。
Chung說：“研究人員往往做出假設：從一個微小的大腦樣本獲得的信息對于整個大腦是真實的。”
Chung解釋說但是大腦不像其它器官。人們越來越認識到單個的腦細胞都是獨一無二的，而且可能是腦皮層區之間的微小差異也反映了獨特的轉錄組差異，比如在表達基因、信使RNA（mRNA，它在核外攜帶了DNA代碼的拷貝并決定了細胞生產的蛋白質）上。
為了更好地理解這種多樣性，在這個新的研究里研究人員在一個人的大腦皮質的六個Brodmann區域分析了超過3200個單個的神經元，是之前發表文章的十倍。
研究人員憑借著新開發的工具對單個細胞的核進行了分離和測序，破譯了每個核里微量的mRNA，揭示了16種神經元亞型在大腦皮層和Brodmann區域中集群的不同組合。這對揭示為什么這些區域的外觀和功能不同有所幫助。
神經元表現出預期的相似之處，也有許多差異。它們的轉錄譜，揭示了單神經元獨特的、可能導致細胞功能差異的特征。
文章第一作者，Chun實驗室的Gwendolyn E. Kaeser說：“現在我們可以在大腦的單個神經元中找出大量的分子異質性。”
許多新問題
有趣的是，其中有些基因表達的差異在出生前的早期大腦發育中就已出現。研究人員找到一些神經元的標記表明它們起源于胎兒大腦稱為神經節隆起的特定區域，從而產生大腦皮層的抑制性神經元。這些神經元可能跟發育性腦部疾病有特殊的相關性。
在未來的研究中，研究人員希望調查神經元DNA和mRNA在單個神經元、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。