Science：新型腦細胞顯露崢嶸

通常，在顯微鏡下很難分辨出兩個神經元之間的差異。神經元是處理和存儲信息的腦細胞。因此，科學家們開始使用分子學方法，試圖對功能不同的神經元進行歸類。

Salk研究所基因分析實驗室的負責人Joseph Ecker教授說：「這非常令人驚訝，我們能夠在單個細胞層面對大腦進行分析，對細胞的甲基化組進行測序，識別出了很多新的細胞類型和基因調控元件，後者指的是使這些神經元具有差異性的『基因開關』。」

過去，為了弄清楚是什麼使神經元存在不同的類型，科學家們研究了單個腦細胞中的RNA分子水平。但是當細胞接觸到新環境時，RNA的水平會快速變化，甚至在一天之內都會不同。所以Salk的研究團隊開始轉向研究細胞的甲基化組，甲基化組在人類成年之後通常是比較穩定的。

該研究的作者之一Margarita Behrens說：「我們的研究表明，我們能夠基於甲基化組來清晰地定義神經元的種類。這使我們有可能理解到底是什麼使神經元（存在於相同的大腦區域而且看起來很相似）的行為不同。」

研究團隊使用小鼠和人類大腦進行研究，關注於額皮質，這個區域負責複雜的思考、個性、社交行為和決策等。他們分別從小鼠和人類（一位在25歲死亡的人）大腦的額皮質分離出3377和2784個神經元。

圖片來源：Science

研究人員開發出一種名為snmC-seq的技術，並利用該技術對每個細胞的甲基化組進行測序。與身體中的其他細胞不同，神經元有兩種類型的甲基化，分別被稱為CG甲基化（含有核甘酸胞嘧啶和鳥嘌呤的DNA序列）和非CG甲基化，該方法對這兩種甲基化都進行了測序。

圖片來源：Science

他們發現，根據甲基化模式的不同，小鼠的額皮質中存在16種不同的神經元，而人類額皮質中的神經元更具多樣性，總共有21種。相比於興奮性神經元，抑制性神經元(在大腦中提供停止信號)在小鼠和人類大腦之間表現出了更為保守的甲基化模式。該研究還確定了以前從未定義的獨特的人類神經元亞型。這些結果使人們進一步理解了是什麼使人類大腦與其他動物的大腦不同。

上圖為確定了的表觀遺傳學特徵預測的神經元類型。該圖像顯示錶達特定神經元亞型標記基因的神經元群體：Tle4（紅色），Sulf1（綠色）或二者皆有（黃色）

加州大學認知科學系的Eran Mukamel說：「這項研究展示了大腦細胞驚人的多樣性。」

接下來，研究人員計劃擴展這項甲基化研究，以對更多的大腦和更多的大腦區域進行研究。

Salk 研究所的研究人員Chongyuan Luo說：「大腦中存在成百上千種功能和行為不同的細胞，弄清楚這些細胞的種類對於理解大腦如何工作來說非常重要。我們的目標是為人類和小鼠大腦建立一個『零件清單』。」

Ecker說，一旦完成這個「零件清單」，他們就開始研究大腦疾病患者的神經元甲基化組是否與健康人不同。Ecker說：「如果只在1%的細胞中存在缺陷，我們應該可以用這種方法看到它。但到目前為止，我們還沒有從這1%的細胞中發現什麼。「

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