来自基因的称为信使 RNA (mRNA) 变体，它们在大脑功能中发挥着关键作用。威尔康奈尔医学院的研究人员创建了一个广泛的这些 mRNA 变体在小鼠和人类大脑中的图谱，提供了一个有价值的资源，用于研究大脑发育和神经元的专门功能。这个图谱将有助于更好地理解大脑的复杂性及其各种功能。DNA 包含创建蛋白质的指令，并指示特定细胞中哪个基因在发挥作用。当一个基因被转录成原始 RNA 转录本时，可以通过多种方式进行修改，以创建不同的剪接变体或异构体。这意味着一个基因有潜力产生多种蛋白质。尽管这一复杂生物过程在理解各种疾病，特别是影响大脑的疾病方面具有重要意义，但研究起来非常困难。
在4月9日发表在《自然神经科学》上的一项研究中，科学家们采用先进的测序技术记录了 mRNA 异构体。研究发现小鼠和人类大脑中存在基因差异。这些差异存在于小鼠的不同大脑区域、细胞类型和生长阶段。研究人员还发现，即使在同一种细胞类型中，基因异构体的变异也可能由于细胞的位置和大脑的发育阶段而显著不同。
“这是一个重大的进展，这将使我们能够更详细地研究大脑过程，”参与研究的威尔康奈尔医学院费尔家庭大脑与精神研究所神经遗传学中心的神经科学副教授哈根·提尔格纳博士（Dr. Hagen Tilgner）说道，他是这项研究的资深作者。研究的第一作者阿努什卡·乔格勒卡尔（Dr. Anoushka Joglekar）博士也对结果发表评论。乔格勒卡尔博士在研究期间是提尔格纳实验室的博士生，并且得到了威尔康奈尔医学院神经病学与神经科学的内森·E·康明教授伊丽莎白·罗斯博士的共同指导。乔格勒卡尔博士目前是纽约基因组中心的一名博士后研究员，该研究所由包括威尔康奈尔医学院在内的14所纽约学术机构共同创立。异构体变异是生物学中一个具有挑战性的方面，通常被称为“细则”，因为使用标准 RNA 测序技术很难检测。mRNA 异构体之间的差异给研究人员带来了挑战。为了解决这个问题，团队转向了“长读”测序，这是一种更昂贵且耗时的方法，但仍然需要进行大量数据处理以确保准确性。他们通过捕获个体细胞及其长读 RNA 序列进行这一广泛的项目，使他们能够从数十万个小鼠和人类大脑细胞中精确定位异构体。
基于该团队在2018年和2021年进行的先前小规模研究结果的图谱，将作为未来研究的基础参考点。神经科学家正在研究大脑的正常和异常功能及其生长。对数据的初步分析揭示了一些意外的发现，这些发现将在未来的研究中进一步探讨。
研究人员发现的一个发现是，许多对神经元之间通信至关重要的基因在大脑的不同区域表达了不同的 mRNA 异构体。在青春期，异构体的变化甚至更加明显，许多显示出意想不到的波动模式。
乔格勒卡尔博士评论道：“我们观察到，其中一些异构体在整个发育过程中是积极地开关，直到它们在成年期稳定下来。”提到团队观察到大量与主要脑部疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症、躁郁症、焦虑和抑郁）相关联的高度可变异构体的基因。尽管小鼠和人类大脑细胞的大多数发现相似，但研究人员计划在未来的研究中集中关注人类细胞，特别是比较正常衰老和与衰老相关的脑部疾病中的异构体变异。
