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在发育中的大脑中 科学家们发现了神经精神疾病的根源

文章作者:优博时时彩平台开户发布时间:2020-01-03浏览次数:795

迄今为止,人类大脑最全面的基因组分析揭示了它通过发育所经历的变化,个体之间的差异,以及自闭症谱系障碍和精神分裂症等神经精神疾病的根本原因。

近2000个大脑的多机构分析包含大脑发育和功能的复杂编排,并于12月14日在一期特刊科学期刊和两篇姊妹刊物上发表。

耶鲁大学各个学科的研究人员开创了四项主要研究,这些研究领导了雄心勃勃的婚礼神经科学和数据科学计划。由耶鲁大学领导的研究论文表明,来自15个机构的科学家正在利用这些新工具找到神经精神疾病的分子基础 - 这是由美国国立卫生研究院于2015年建立的PsychENCODE联盟的目标。

单基因和监管网络活动收集的绝对数据范围在开发过程中控制它们,使数据科学家能够评估精神分裂症和双相情感障碍等疾病的风险,这些疾病比耶鲁大学的传统分析更准确。由威廉姆斯生物医学信息学教授Mark Gerstein领导的一项研究,以遗传风险变异着称;分子生物物理学和生物化学,计算机科学,统计学和数据科学教授;和两篇主要科学论文作者。

研究人员还发现,这些风险变异可以在发育早期和整个生命过程中影响基因的功能,但更可能表现为症状,因为它们在不同的发育阶段形成不同的群体或模块。

耶鲁大学Yaren Sestan实验室的研究结果解释了为什么许多神经精神疾病如自闭症和精神分裂症的风险随着时间而变化。 Sestan是神经科学,比较医学,遗传学和精神病学教授,也是两篇主要科学论文的相应或共同作者,

健康的大脑发育和神经功能依赖于基因表达的精确调节,基因表达基本上由人脑中的区域和细胞类型改变。 Sestan的实验室发现,在发育过程中人类大脑的16个区域之间细胞类型的差异可能是决定遗传风险是否转化为神经精神疾病的关键因素。

他们还发现细胞类型和基因表达活性的最大变化发生在产前发育早期,妊娠晚期和儿童早期减少,并在青春期早期开始再次增加。这种“杯状”发育模式由恒河猴共享,恒河猴是一种与人类密切相关的灵长类动物。此外,由Sestan实验室领导的同一项研究确定了人类和猕猴之间不同的大脑发育特征,包括晚期人类独特的基因表达特征。

研究人员发现,在这些最大变化期间,风险敏感基因往往会在某些大脑区域形成不同的网络或模块。与自闭症相关的模块倾向于在发育早期发展,与精神分裂症相关的模块 - 以及智商和神经质 - 通常在以后的生活中形成。研究人员表示,这解释了为什么自闭症等神经精神疾病可能发生在儿童早期和成年早期的精神分裂症中。该分析还显示了与疾病相关的基因如何在特定细胞类型中表达,这有助于确定特定疾病相关遗传的程度和影响。品种。

研究人员报告说,导致神经精神疾病的分子事件可能持续数月甚至数年才出现症状。

“疾病的风险因素总是存在,但它们并没有在时间和空间上表达,”塞斯坦说。

通过植物Vaccarino,耶鲁大学儿童研究中心教授哈里斯和实验室神经科学系教授使用实时系统对大脑的变化进行了跟踪,并结合了作者科学论文的相应主要原因。研究人员将人体干细胞从个体组织欺骗到脑样器官,收集神经细胞类型并模仿细胞培养中人类大脑的早期发育。当神经干细胞开始分化成构成大脑的各种神经元类型时,类器官会重现人类大脑的早期发育。该系统使研究人员能够识别和跟踪在早期皮层发育过程中活跃的基因调控网络,这一时期对自闭症等发育障碍具有相当大的遗传和环境风险。他们发现,已知的自闭症风险基因 - 以及控制其活动的调节因子 - 在此阶段在类器官中高度表达。

“这种模型可以揭示这些遗传风险变异如何导致疾病,”Vaccarino说。

PsychENCODE研究人员收集的大量信息已经组织在一个可访问的数据“Atlas”中。这使得数据科学家能够采用受人类认知启发的深度学习分析或机器学习方法,以找到个体神经精神疾病进展的线索。例如,科学家现在可以将来自单细胞测序的信息与更传统的“质量”组织样本的基因组学相结合,并捕获不同发育阶段的大群体之间的差异。这种方法使Gerstein的实验室能够证明个体间基因表达的差异很大程度上是由于基础细胞类型比例的变化,如兴奋性神经元。

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