脳の驚くべきゲノム多様性が明らかに

脳の驚くべきゲノム多様性が明らかに

ソーク研究所が主導する多機関の協力により、健康なニューロンの半数には DNA に巨大な挿入または欠失が含まれることが示されました

ラホヤ—私たちの脳には驚くほど多様な DNA が含まれています。 私たちの体のすべての細胞は同じ DNA を持っていると教えられていますが、実際には、脳のほとんどの細胞は DNA に変化を起こし、各ニューロンを少しずつ変えています。

今回、ソーク研究所の研究者とその共同研究者らは、この変異の原因の1つ（長く散在した核要素またはL44と呼ばれる）が健康なニューロンの63～1パーセントに存在し、DNAを挿入するだけでなく除去することもできることを示した。 これまで、これらのLXNUMXは、ゲノム全体でコピーアンドペーストする「ジャンピング遺伝子」と呼ばれる小さなDNA断片であることが知られていたが、研究者らは、それらが遺伝子全体の大きな欠失も引き起こすことを発見した。 さらに、そのような変動は、発達中の脳にとって重要な遺伝子の発現に影響を与える可能性があります。

この調査結果は、12 年 2016 月 XNUMX 日にジャーナルに掲載されました。 ネイチャーニューロサイエンスは、何が私たちをユニークにしているのか、たとえば一卵性双生児であっても互いに大きく異なるのはなぜか、そして遺伝子のジャンプがどのように異常を起こして病気を引き起こすのかを説明するのに役立つかもしれない。

「2013年に、同じ脳内の異なるニューロンがさまざまなDNA相補体を持っていることを発見しました。これは、同じ人間の中でも、それらのニューロンが互いにわずかに異なる機能を持っていることを示唆しています」と研究の上級研究者は述べています。 ラスティ・ゲージ、ソーク遺伝学研究室の教授であり、加齢に伴う神経変性疾患研究のヴィ・アンド・ジョン・アドラー・チェアの保持者。 「この最近の研究は、新しく驚くべき形態の変異を明らかにしており、これは健康な脳だけでなく、脳障害のある脳におけるL1の役割を理解するのに役立ちます。」 統合失調症と自閉症に設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」

2005 年、ゲージのチームは脳内のゲノム多様性のメカニズムとして L1 を発見しました。 しかし、科学者がこれらの変異の量と性質を把握できるようになったのは、単一細胞のゲノム全体の配列決定が可能になって初めてでした。 2013 年の論文で詳述された単一細胞シーケンスの使用 科学 この論文で、ゲージのグループは、DNA の大きな塊が細胞のゲノムに挿入、または削除されていることを示しました。

しかし、その研究でも挿入や欠失を引き起こすメカニズムは不明瞭で、ゲノムの特定の領域が変更される可能性が高いか低いのか、また、ジャンプ遺伝子が欠失に関連しているのかどうかを解読することは困難だった。

新しい研究では、Gage氏、共同筆頭著者のJennifer Erwin氏とApuã Paquola氏、および共同研究者らは、配列決定のために健康なニューロンのL1関連変異をより適切に捕捉する方法を開発し、以前よりも高い精度で変異を区別するための計算アルゴリズムを作成した。

研究チームは、培養皿内でニューロンに分化するよう促される幹細胞を使用したところ、L1がDNA切断を受けやすいことを発見した。 それは、ゲノム内の L1 スポットを分解する特定の酵素が分化中に特に活性化するためです。 人間は両親から一部のL1を受け継ぎ、酵素はこれらのスポットの近くを切断するようであることを研究グループは発見した。

「驚いたのは、L1 にできることは新しい場所に挿入することだけだと私たちが考えていたことです。 しかし、それらが欠失を引き起こしているという事実は、それらがより重大な方法でゲノムに影響を与えていることを意味します」とゲージのグループのスタッフサイエンティスト、アーウィンは言う。

ゲージ氏は、多様性は脳にとって良いことであると信じています。結局のところ、私たちの脳細胞の約半数には、L1 のみによって引き起こされる欠落または挿入された DNA の大きな塊がありますが、それが多すぎると病気を引き起こす可能性があると考えています。

最近の証拠により、統合失調症または稀な自閉症関連障害であるレット症候群の患者に由来するニューロンは、ゲノム中に通常よりも多くの L1 変異を抱えていることが示されています。 新しい研究でチームは、L2変異の導入により遺伝子の発現とその後のニューロンの成熟が変化する可能性があるDLG1と呼ばれる統合失調症関連遺伝子を調べた。 同グループは、他の遺伝子におけるL1変異の役割と、それらが脳活動や疾患に及ぼす影響を調査する予定だ。

この研究の他の著者は、タチアナ・シンガー、イリーナ・ガリーナ、キャロライナ・クエール、トレイシー・ベドロシアン、シャイアン・ブッチャー、ジョセフ・ハーディ、ソーク在住のアニンディタ・サーカーである。 マーク・ノボトニーとロジャー・ラスケン J.クレイグ・ヴェンター研究所; フランシスコ・アウベス サンパウロ大学 ブラジルで; そしてアリソン・ムオトリの カリフォルニア大学サンディ​​エゴ校.

この研究は、ジョージ E. ヒューイット医学研究財団によって支援されました。 カリフォルニア再生医療研究所 国立衛生研究所 (MH095741、MH088485)、 G. ハロルド & レイラ Y. マザーズ財団、エングマン財団、 レオナM.とハリーB.ヘルムズリー慈善信託 ポールG.アレンファミリー財団 グレン老化研究センター ソーク研究所で、そして JPB財団.