Naravna zgodovina nevronov: Različne mutacije razkrivajo linijo možganskih celic | 2020

Vsebina:

Anonim

Ko rastejo, naše možganske celice med seboj razvijajo različne genome, glede na nove raziskave na Harvardski medicinski šoli in bolnišnici za otroke v Bostonu.

Študija, objavljena 2. oktobra v Znanost , prvič kaže, da so mutacije v somatskih celicah - to je vsaka celica v telesu razen sperme in jajc - prisotne v pomembnem številu v možganih zdravih ljudi. Ta ugotovitev postavlja temelje za raziskovanje vloge teh postkonceptnih mutacij v človekovem razvoju in bolezni.

"Veliko ljudi se zadnje čase sprašuje, ali somatske mutacije prispevajo k številnim nevrorazvojnim in nevrodegenerativnim boleznim, vendar niso mogle odgovoriti na to vprašanje zaradi tehnoloških omejitev," je dejal sodelavec študije Peter Park. profesor biomedicinske informatike na HMS.

Raziskovalna skupina je uspela doseči napredek na tem področju s kombiniranjem enoceličnega sekvenciranja genoma s strogimi tehnikami analize podatkov.

Raziskovalci so že odkrili, da se somatske mutacije pojavljajo pogosteje v genih, ki jih nevron najbolj uporablja. Prav tako so bili sposobni izslediti rodove možganskih celic na podlagi vzorcev mutacije.

"Te mutacije so trajni spomin, od koder je prišla celica in kaj je bilo do tega," je povedal glavni vodja študije Christopher A. Walsh, profesor pediatrije in nevrologije HMS Bullard in vodja oddelka za genetiko in genetiko. Genomika v Bostonskem otroku. "To delo je dokaz načela, da če želimo in če imamo neomejene vire, lahko dejansko dešifriramo celoten vzorec razvoja človeških možganov."

"Verjamem, da nam bo ta metoda veliko povedala tudi o zdravem in nezdravem staranju, pa tudi o tem, kaj naše možgane razlikuje od možganov drugih živali," je dodal Walsh.

Zgodovina

Živalske ali podedovane mutacije so prevzele največ krivde za povzročanje bolezni in motenj možganov, vključno z Alzheimerjevo boleznijo, avtizmom in shizofrenijo. Vloga ne-podedovanih mutacij v somatskih celicah je bila bolj mračna. Do nedavnega znanstveniki niso niti vedeli, ali obstajajo v možganih v količinah, ki so dovolj velike, da bi bile pomembne.

"Tehnologija posameznih celic je bila bistvena za njihovo iskanje," je dejal Walsh.

Walsh, Park in ekipa so preučevali določeno vrsto somatske mutacije, ki se imenuje različice posameznih nukleotidov. Vsaka varianta se lahko pojavi v samo nekaj celicah ali celo samo eni, tako da jih je težko odkriti z analizami sekvenciranja celotnega genoma, ki povprečno stotine tisoč celic. Zaporedje posameznih celic prinaša redke mutacije na svetlobo.

Slaba stran je v tem, da stane toliko, da zaporedje genoma ene celice kot zaporedje genoma celotne osebe. V okviru te omejitve so raziskovalci uspeli zaporediti 36 nevronov, vzorčenih iz možganskih skorjih treh umrlih oseb brez možganske bolezni, starih 15, 17 in 42 let.

Raziskovalci so ugotovili, da je vsak nevron vseboval približno 1500 nukleotidnih variant.

Za vsako osebo so raziskovalci primerjali genetske sekvence nevronov med seboj in s srčnimi celicami posameznika. To jim je omogočilo, da so začeli ugotoviti, katere mutacije si delijo nevroni in ki jih lahko najdemo drugje v telesu. Nato so opravili teste v več delih možganov, da bi videli, koliko celic v vsaki regiji je imelo iste mutacije kot nevroni, ki so jih sekvencirali.

Združevanje nevronov, ki temeljijo na njihovih mutacijah, so zagotovili sledi o celični zgodovini, ker so nevroni, ki so delili mutacije, verjetno prišli iz istih prednikov izvornih celic. Če je le nekaj celic imelo mutacijo, so verjetno pripadale rodovniku, ki se je pred kratkim razcepil.

"Če bi se mutacija zgodila zelo zgodaj, bi bila prisotna tako znotraj kot zunaj možganov. Ali če bi se pojavila kasneje, bi bila v nekaterih delih možganov in ne v drugih," je dejal Walsh. "Iščemo zapis niza celičnih delitev, ki so ustvarile možgane."

Glede na vzorce mutacije in lokacijo v možganih bi lahko nekatere rodove nevronov sledili do določenega dneva med embrionalnim razvojem.

Uporabite ga in ga izgubite

Mnogi pojavi lahko ustvarijo somatske mutacije. Ultravijolična svetloba jih povzroča v kožnih celicah. Napake v replikaciji DNK povzročajo hitro razgradnjo rakavih celic.

"Kar smo našli v možganih, ni bilo niti od teh stvari," je dejal Walsh. "Mislili smo, da bo prevladujoči vir mutacije napačna replikacija DNA in so bili presenečeni, ko so ugotovili, da je to napačen DNK izraz."

Parkova analiza podatkov je pokazala, da so bili geni z največ mutacijami tisti, ki so bili najbolj uporabljeni v možganih.

"Ljudje radi govorijo o možganih," ga uporabite ali izgubite ". Na žalost smo ugotovili, da obstaja določen element "uporabite ga in ga izgubite," je dejal Walsh. "Vsakič, ko vklopite gen, obstaja vsaj nekaj tveganja."

Ugotovili so, da se skupina sprašuje, ali se somatske mutacije kopičijo s starostjo in lahko prispevajo k nevrodegeneraciji. Nameravajo raziskati, kako, kdaj in zakaj se te mutacije pojavijo v možganih; preučiti, ali so različne mutacije škodljive ali zaščitne; ugotovite, ali se stopnje mutacij razlikujejo od osebe do osebe; in preučevanje dodatnih vrst somatskih mutacij v možganih in drugih tkivih.

Ker pomaga pri odkrivanju vloge somatskih mutacij v možganih, je Park sprejel znanje, da naši možgani vsebujejo množico genetskih variacij.

"Polna sem mutacij, vendar hodim okoli, precej zdravo," je rekel Park. "Samo kaže, da obstaja veliko stvari, ki jih ne razumemo."