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早期生活经历影响成人大脑中的DNA

导读 在长期存在的自然与培育问题中,一项新的研究表明两者之间存在一种有趣的联系。Salk研究所的科学家在 科学 杂志上报道说,母鼠的母亲类型

在长期存在的自然与培育问题中,一项新的研究表明两者之间存在一种有趣的联系。Salk研究所的科学家在“ 科学 ”杂志上报道说,母鼠的母亲类型为她的幼犬提供了实际改变DNA的类型。这项工作为研究童年环境如何影响人类大脑发育提供支持,并可提供对抑郁症和精神分裂症等神经精神疾病的见解。

Salk遗传学实验室的教授Rusty Gage说:“我们被告知,我们的DNA是稳定不变的,它使我们成为现实,但实际上它更具活力。” “事实证明,细胞中有一些基因可以复制自己并移动,这意味着,在某些方面,你的DNA确实会发生变化。”

至少十年来,科学家们已经知道,哺乳动物大脑中的大多数细胞都会经历DNA的变化,从而使每个神经元与其邻近的神经元略有不同。其中一些变化是由“跳跃”基因引起的 - 正式称为长穿插核元素(LINEs) - 从基因组中的一个点移动到另一个点。2005年,Gage实验室发现一种名为L1的跳跃基因已经被人们所知,它可以将自身复制并粘贴到基因组中的新位置,从而可以在神经元脑细胞中发挥作用。

该团队假设这些变化在脑细胞之间创造了潜在有益的多样性,微调功能,但也可能导致神经精神疾病。

“虽然我们已经知道一段时间细胞可以获得DNA的变化,但据推测它可能不是一个随机的过程,”前Salk研究员和该研究的第一作者Tracy Bedrosian说。“也许大脑或环境中存在导致变化或多或少频繁发生的因素。”

为了找到答案,Gage,Bedrosian及其同事首先观察了小鼠与其后代之间母体护理的自然差异。然后他们从后代的海马体中观察DNA,这种情况涉及情绪,记忆和一些非自愿的功能。研究小组发现了孕产妇护理与L1拷贝数之间的相关性:患有专心的母亲的小鼠跳跃基因L1的拷贝较少,而那些疏忽母亲的小鼠具有更多的L1拷贝,因此其大脑中的遗传多样性更多。

为了确保差异不是巧合,该团队进行了一系列对照实验,包括检查每个窝的父母的DNA,以确保后代不仅仅从父母那里继承了他们的L1数量,以及确认额外的DNA实际上是基因组DNA而不是细胞核外的杂散遗传物质。最后,他们交叉抚育后代,以便由疏忽的母亲所生的老鼠由专心的母亲抚养,反之亦然。L1数字与母性风格之间存在相关性的初步结果:由疏忽母亲所生的小鼠,但由细心的母亲抚养的小鼠,其生存的小鼠比小心勃勃的母亲所生的老鼠少,但却被忽视的小母亲抚养。

研究人员假设母亲疏忽的后代受到的压力更大,而且不知何故,这导致基因复制并更频繁地移动。有趣的是,母亲护理与其他已知跳跃基因的数量之间没有相似的相关性,这表明L1具有独特的作用。接下来,研究小组研究了甲基化 - DNA上的化学标记模式,表明基因是否应该被复制,并且可能受到环境因素的影响。在这种情况下,其他已知的跳跃基因的甲基化对于所有后代都是一致的。但与L1不同的是:有疏忽母亲的小鼠的甲基化L1基因明显少于那些有细心母亲的小鼠,这表明甲基化是导致L1基因活动的机制。

“这一发现与儿童忽视的研究一致,这些研究也表明其他基因的DNA甲基化模式也发生了变化,”Gage说,他持有Vi和John Adler年龄相关神经退行性疾病研究主席。“这是一个充满希望的事情,因为一旦你理解了一种机制,你就可以开始制定干预策略”

研究人员强调,目前还不清楚是否存在增加的L1元素的功能性后果。未来的工作将检查小鼠在认知测试中的表现,例如记住迷宫中的哪条路径导致治疗,是否可以与L1基因的数量相关联。

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