뇌에서 유전적 변이 패치워크 발견

2013 년 11 월 1 일

뇌에서 유전적 변이 패치워크 발견

Salk 과학자들은 동일한 뇌에서 개별 뉴런의 게놈 사이에서 놀라운 정도의 변이를 발견했습니다.

2013 년 11 월 1 일

LA JOLLA, CA—한 때 사람의 신체에 있는 각 세포는 동일한 DNA 코드를 가지고 있으며 게놈을 읽는 특정 방식이 세포 기능을 부여하고 개인을 정의한다고 생각했습니다. 그러나 우리 몸의 많은 세포 유형에 대해 이는 지나친 단순화입니다. 지난 XNUMX년 동안 발표된 신경 게놈에 대한 연구에서는 여분의 염색체 또는 누락된 염색체 또는 게놈 전체에서 자신을 복사하여 붙여넣을 수 있는 DNA 조각을 발견했습니다.

동일한 사람의 뉴런이 고유한 DNA를 보유하고 있는지 확실히 알 수 있는 유일한 방법은 벌크 세포 집단 대신 단일 세포의 게놈을 프로파일링하는 것입니다. 후자는 평균을 생성합니다. 이제 단일 세포 시퀀싱을 사용하여 Salk Institute 연구원과 공동 작업자는 개별 뉴런의 게놈 구조가 예상보다 훨씬 더 서로 다르다는 것을 보여주었습니다. 연구 결과는 1년 2013월 XNUMX일에 발표되었습니다. 과학.

"우리가 한때 생각했던 것과는 달리, 뇌 뉴런의 유전적 구성은 동일하지 않고 DNA 패치워크로 구성되어 있습니다."라고 해당 저자는 말합니다. 프레드 게이지, Salk의 Vi 및 John Adler 연령 관련 신경퇴행성 질환 연구 위원장.

주도한 연구에서 마이크 맥코넬, 전직 후배 Crick-Jacobs 이론 및 전산 생물학 센터 Salk에서 연구원들은 사후에 세 사람에게서 약 100개의 뉴런을 분리했습니다. 과학자들은 복제 수 변이 또는 CNV라고 하는 DNA의 대규모 삭제 및 복제를 찾기 위해 전체 게놈에 대한 높은 수준의 관점을 취했으며, 뉴런의 41%가 자발적으로 발생한 고유하고 대규모 CNV를 적어도 하나 가지고 있음을 발견했습니다. 부모에게서 물려받지 않았다는 뜻이다. CNV는 게놈 전체에 퍼져 있다고 팀은 발견했습니다.

단일 세포에 있는 극소량의 DNA는 염기서열이 결정되기 전에 여러 번 화학적으로 증폭되어야 합니다. 이 프로세스는 기술적으로 어렵기 때문에 팀은 프로세스에서 잠재적인 오류 원인을 배제하기 위해 XNUMX년을 보냈습니다.

"우리 연구의 상당 부분은 이것이 인공물이 아님을 보여주기 위해 제어 실험을 수행하는 것이었습니다."라고 Gage는 말합니다. "뇌의 개별 뉴런이 서로 다른 DNA 콘텐츠를 가지고 있다는 사실을 알게 된 것은 정말 놀라운 일이었기 때문에 그렇게 해야 했습니다."

이 그룹은 세 명의 건강한 사람의 피부 세포에서 파생된 개별 뉴런 내의 CNV에서 비슷한 양의 가변성을 발견했습니다. 과학자들은 일상적으로 이러한 유도 만능 줄기 세포(iPSC)를 사용하여 배양 접시에서 살아있는 뉴런을 연구합니다. iPSC는 단일 피부 세포에서 파생되기 때문에 게놈이 동일할 것으로 예상할 수 있습니다.

“놀라운 것은 그렇지 않다는 것입니다.”라고 Gage는 말합니다. "하나의 iPSC 라인에서 파생된 뉴런의 게놈에는 상당히 많은 고유한 삭제 및 증폭이 있습니다."

흥미롭게도 피부 세포 자체는 유전적으로 다르지만 뉴런만큼은 아닙니다. 이 발견은 뉴런이 고유한 CNV를 가지고 있다는 사실과 함께 유전적 변화가 발생 후기에 발생하며 부모로부터 유전되거나 자손에게 전달되지 않는다는 것을 시사합니다.

뉴런이 피부 세포보다 더 다양한 게놈을 가지고 있다는 것은 이치에 맞는다고 현재 생화학 및 분자 유전학 조교수인 McConnell은 말합니다. Charlottesville의 버지니아 대학교 의과 대학. "뉴런의 특징은 피부 세포와 달리 뒤집히지 않고 서로 상호 작용한다는 것입니다."라고 그는 말합니다. "그들은 이러한 크고 복잡한 회로를 형성하는데, 여기서 그것을 다르게 만드는 CNV를 가진 하나의 세포는 잠재적으로 뇌에서 네트워크 전체에 영향을 미칠 수 있습니다."

자발적으로 발생하는 CNV는 또한 정신분열증 및 자폐증과 같은 뇌 장애의 위험과 관련이 있지만 이러한 연구는 일반적으로 많은 혈액 세포를 모읍니다. 그 결과, 그 연구에서 밝혀진 CNV는 모든 세포는 아니더라도 많은 세포에 영향을 미치며, 이는 발달 초기에 발생함을 시사합니다.

건강한 뇌에서 CNV의 목적은 아직 불분명하지만 연구자들은 몇 가지 아이디어를 가지고 있습니다. 수정 사항은 사람들이 일생 동안 마주치는 새로운 환경에 적응하는 데 도움이 될 수도 있고 대규모 바이러스 감염에서 살아남는 데 도움이 될 수도 있습니다. 과학자들은 iPSC 유래 뉴런의 게놈 가변성을 변경하고 배양 접시에서 특정 방식으로 도전하는 방법을 연구하고 있습니다.

다른 게놈을 가진 세포는 아마도 고유한 RNA를 생산한 다음 단백질을 생산할 것입니다. 그러나 현재로서는 단일 세포에 하나의 시퀀싱 기술만 적용할 수 있습니다.

McConnell은 "한 가지 이상의 방법을 세포에 적용할 수 있다면 서로 다른 게놈을 가진 세포가 서로 다른 전사체(세포의 모든 RNA 모음)를 갖는지 여부를 예측 가능한 방식으로 확인할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

또한, 더 많은 세포, 특히 더 많은 세포 유형을 시퀀싱해야 할 것이라고 교신 저자는 지적합니다. 이라홀, 버지니아 대학의 생화학 및 분자 유전학 부교수. "우리가 발견한 것이 뉴런에 특정하거나 연령이나 유전자형과 같은 다른 매개변수와 연관되어 있다고 생각하는 수준을 실제로 이해하려면 해야 할 일이 훨씬 더 많습니다."라고 그는 말합니다.

이 연구의 다른 저자는 버지니아 대학교 의과대학 생화학 및 분자유전학과의 Michael Lindberg와 Svetlana Shumilina입니다. 크리스틴 브레넌드, 지금 시내산의 아이칸 의과 대학 뉴욕에서; 현재 줄리아 파이퍼 하버드 대학교 매사추세츠 주 케임브리지에서; Thierry Voet와 Joris Vermeesch의 인간유전학센터, KU Leuven, 루벤, 벨기에; Salk's의 Chris Cowing-Zitron 유전학 연구실; 그리고 로저 라스켄의 J. 크레이그 벤터 인스티튜트 샌디에이고에서.

이 작품은 Crick-Jacobs 이론 및 전산 생물학 센터 밸리 G. Harold & Leila Y. Mathers 재단 밸리 건강의 국립 연구소 밸리 Leona M.과 Harry B. Helmsley 자선 신탁 밸리 JPB 재단및 버로우즈 웰컴 펀드.

Salk Institute of Biological Studies 정보 :
Salk Institute for Biological Studies는 세계적으로 유명한 기초 연구 기관 중 하나로, 국제적으로 유명한 교수진이 독특하고 협력적이며 창의적인 환경에서 근본적인 생명 과학 문제를 조사합니다. 발견과 미래 세대의 연구원 멘토링 모두에 초점을 맞춘 Salk 과학자들은 신경 과학, 유전학, 세포 및 식물 생물학 및 관련 분야를 연구하여 암, 노화, 알츠하이머, 당뇨병 및 전염병에 대한 이해에 획기적인 기여를 합니다.

교수진의 업적은 노벨상 및 국립 과학 아카데미 회원을 포함하여 수많은 영예로 인정되었습니다. 1960년 소아마비 백신 개척자인 Jonas Salk, MD가 설립한 이 연구소는 독립적인 비영리 조직이자 건축학적 랜드마크입니다.