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在發育中的大腦中 科學家們發現了神經精神疾病的根源

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-03瀏覽次數:795

迄今為止,人類大腦最全面的基因組分析揭示了它通過發育所經歷的變化,個體之間的差異,以及自閉癥譜系障礙和精神分裂癥等神經精神疾病的根本原因。

近2000個大腦的多機構分析包含大腦發育和功能的復雜編排,并于12月14日在一期特刊科學期刊和兩篇姊妹刊物上發表。

耶魯大學各個學科的研究人員開創了四項主要研究,這些研究領導了雄心勃勃的婚禮神經科學和數據科學計劃。由耶魯大學領導的研究論文表明,來自15個機構的科學家正在利用這些新工具找到神經精神疾病的分子基礎 - 這是由美國國立衛生研究院于2015年建立的PsychENCODE聯盟的目標。

單基因和監管網絡活動收集的絕對數據范圍在開發過程中控制它們,使數據科學家能夠評估精神分裂癥和雙相情感障礙等疾病的風險,這些疾病比耶魯大學的傳統分析更準確。由威廉姆斯生物醫學信息學教授Mark Gerstein領導的一項研究,以遺傳風險變異著稱;分子生物物理學和生物化學,計算機科學,統計學和數據科學教授;和兩篇主要科學論文作者。

研究人員還發現,這些風險變異可以在發育早期和整個生命過程中影響基因的功能,但更可能表現為癥狀,因為它們在不同的發育階段形成不同的群體或模塊。

耶魯大學Yaren Sestan實驗室的研究結果解釋了為什么許多神經精神疾病如自閉癥和精神分裂癥的風險隨著時間而變化。 Sestan是神經科學,比較醫學,遺傳學和精神病學教授,也是兩篇主要科學論文的相應或共同作者,

健康的大腦發育和神經功能依賴于基因表達的精確調節,基因表達基本上由人腦中的區域和細胞類型改變。 Sestan的實驗室發現,在發育過程中人類大腦的16個區域之間細胞類型的差異可能是決定遺傳風險是否轉化為神經精神疾病的關鍵因素。

他們還發現細胞類型和基因表達活性的最大變化發生在產前發育早期,妊娠晚期和兒童早期減少,并在青春期早期開始再次增加。這種“杯狀”發育模式由恒河猴共享,恒河猴是一種與人類密切相關的靈長類動物。此外,由Sestan實驗室領導的同一項研究確定了人類和獼猴之間不同的大腦發育特征,包括晚期人類獨特的基因表達特征。

研究人員發現,在這些最大變化期間,風險敏感基因往往會在某些大腦區域形成不同的網絡或模塊。與自閉癥相關的模塊傾向于在發育早期發展,與精神分裂癥相關的模塊 - 以及智商和神經質 - 通常在以后的生活中形成。研究人員表示,這解釋了為什么自閉癥等神經精神疾病可能發生在兒童早期和成年早期的精神分裂癥中。該分析還顯示了與疾病相關的基因如何在特定細胞類型中表達,這有助于確定特定疾病相關遺傳的程度和影響。品種。

研究人員報告說,導致神經精神疾病的分子事件可能持續數月甚至數年才出現癥狀。

“疾病的風險因素總是存在,但它們并沒有在時間和空間上表達,”塞斯坦說。

通過植物Vaccarino,耶魯大學兒童研究中心教授哈里斯和實驗室神經科學系教授使用實時系統對大腦的變化進行了跟蹤,并結合了作者科學論文的相應主要原因。研究人員將人體干細胞從個體組織欺騙到腦樣器官,收集神經細胞類型并模仿細胞培養中人類大腦的早期發育。當神經干細胞開始分化成構成大腦的各種神經元類型時,類器官會重現人類大腦的早期發育。該系統使研究人員能夠識別和跟蹤在早期皮層發育過程中活躍的基因調控網絡,這一時期對自閉癥等發育障礙具有相當大的遺傳和環境風險。他們發現,已知的自閉癥風險基因 - 以及控制其活動的調節因子 - 在此階段在類器官中高度表達。

“這種模型可以揭示這些遺傳風險變異如何導致疾病,”Vaccarino說。

PsychENCODE研究人員收集的大量信息已經組織在一個可訪問的數據“Atlas”中。這使得數據科學家能夠采用受人類認知啟發的深度學習分析或機器學習方法,以找到個體神經精神疾病進展的線索。例如,科學家現在可以將來自單細胞測序的信息與更傳統的“質量”組織樣本的基因組學相結合,并捕獲不同發育階段的大群體之間的差異。這種方法使Gerstein的實驗室能夠證明個體間基因表達的差異很大程度上是由于基礎細胞類型比例的變化,如興奮性神經元。

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