全球科學合作揭示灰質的遺傳結構

大腦皮層是大腦相對較薄且折疊的外部“灰質”層，對思維、信息處理、記憶和注意力至關重要。影響皮質表面積大小和厚度的遺傳基礎研究很少。這兩個方面以前與各種精神特征有關，包括精神分裂癥、雙相情感障礙、抑郁癥、注意缺陷多動障礙(ADHD)和自閉癥。

現(xiàn)在，來自包括UNC-Chapel Hill在內的184個不同機構的360多名科學家首次為全球搜索200多個基因組區(qū)域和300多個影響大腦結構的特定遺傳變異做出了貢獻。皮層可能在精神和神經(jīng)疾病中發(fā)揮重要作用。

該研究發(fā)表在《科學》雜志上，由合著者、UNC大學醫(yī)學院遺傳學系助理教授Jason Stein博士領導。澳大利亞QIMR伯格霍夫醫(yī)學研究所高級研究員Sarah Medland博士；南加州大學馬克和瑪麗史蒂文斯神經(jīng)影像和信息學研究所副主任保羅湯普森博士。十年前，這些科學家共同創(chuàng)立了“恩尼格瑪聯(lián)盟”(ENIGMA Alliance)，這是一個國際研究網(wǎng)絡，匯集了數(shù)百名影像基因組學研究人員，根據(jù)腦成像和基因數(shù)據(jù)來了解大腦的結構、功能和疾病。

斯坦說：“這項研究只有通過參與核磁共振掃描和基因分型的60多名參與者的偉大科學合作才有可能。”"到目前為止，這項研究是英格瑪財團的頭號明珠."

研究人員研究了5萬多人的核磁共振掃描和脫氧核糖核酸，以確定影響大腦結構的306種遺傳變異，從而闡明遺傳因素如何導致個體大腦皮層的差異?；蜃儺惢蜃儺愔皇亲屛覀兣c眾不同的一個很小的基因差異。一般來說，有些變異會導致差異，比如發(fā)色或血型。有些涉及疾病。然而，數(shù)百萬種基因變異中的大多數(shù)都沒有已知的意義。這就是為什么找出與皮層大小和結構相關的遺傳變異非常重要。斯坦和他的同事認為，他們新的大腦遺傳路線圖是一種“羅塞塔石碑”，這將有助于解釋一些基因如何影響大腦的物理結構以及對個人神經(jīng)系統(tǒng)的后果。

在《科學》雜志發(fā)表的研究成果中：

一些遺傳變異與皮質折疊有關，通過表面積測量，而另一些與皮質厚度有關。

決定表面積的基因與胎兒皮層的早期發(fā)育有關，而厚度似乎是由成人皮層中的活躍基因驅動的。

有抑郁或失眠遺傳風險的人表面積往往較低，而有帕金森病遺傳風險的人表面積往往較高。

這個項目規(guī)模巨大，可以找到特定的基因，可以帶動全世界人的大腦發(fā)育和衰老。

斯坦說：“我們以前關于影響大腦的基因的大部分知識來自模型系統(tǒng)，比如老鼠?！薄皩τ诶鲜螅覀兛梢哉业交?、敲除基因或過度表達基因，以了解它們如何影響大腦的結構或功能。但有兩個問題?！?

一個問題是，很簡單，老鼠不是人。科學家只能研究人腦中許多人類特有的特征。

斯坦說：“老鼠的遺傳基礎與人類非常不同，尤其是在基因組的非編碼區(qū)。”

基因中含有DNA，這是人類的基本密碼。當它被轉化為行動時，它會產(chǎn)生蛋白質來“做”事情，比如幫助手指的肌肉類型或心跳或肝臟產(chǎn)生的毒素。然而，只有大約3%的人類基因組編碼蛋白質。人類基因組的絕大多數(shù)被稱為非編碼基因組。這個區(qū)域的大部分不是老鼠和人類共享的。這個非編碼基因組由可以調節(jié)其他基因表達的微小分子開關組成。這些開關不會直接改變蛋白質的功能，但會影響蛋白質表達的數(shù)量。事實上，大多數(shù)與精神疾病相關的遺傳變異都存在于基因組的非編碼區(qū)。

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