一项最新研究在大脑与学习、记忆和情绪调节相关的两个重要区域绘制了详细的DNA修饰图谱。这张图谱作为一个重要的参考点，确保了基于干细胞的模型准确反映人类大脑的发育。
加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究团队在理解人脑发育过程中基因调控的演变方面取得了重要发现。他们的研究强调了染色质（由DNA和蛋白质组成）的三维排列在这个过程中的重要性。这项研究揭示了大脑发育早期阶段如何影响后来的心理健康。
该研究发表在《自然》（Nature）上，由UCLA的罗崇远博士和加州大学旧金山分校（UC San Francisco）的梅赛德斯·帕雷德斯博士领导，合作单位包括索尔克研究所、加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）和首尔国立大学。他们成功绘制了海马体和前额叶皮层中DNA修饰的首个详细地图，这两个大脑区域是学习、记忆和调节情绪的重要区域。这些区域通常与自闭症和精神分裂症等疾病相关。
研究团队希望其公开的数据资源能成为研究人员的宝贵工具，将与这些疾病相关的基因变异与受影响的特定基因、细胞和关键发育阶段联系起来。
“许多神经精神疾病，即便是在成年后出现，往往是由破坏早期大脑发育的遗传因素引起的，”罗博士说，他是UCLA伊莱和艾迪斯·布罗德再生医学与干细胞研究中心的成员。“我们的地图为比较受影响大脑的遗传研究建立了标准，使我们能够识别分子变化发生的时间和地点。”
为了绘制这张地图，研究人员利用了罗博士开发的先进测序方法，即单核苷酸甲基测序与染色质构象捕捉（snm3C-seq）。该技术使科学家能够在单细胞水平上研究两种影响基因表达的表观遗传机制：DNA的化学改变（称为甲基化）和染色质的结构，后者决定了DNA在细胞核内的组织方式。
理解这些调控因子如何作用于发育所需的基因对于确定这个过程中出现的干扰如何导致神经精神疾病至关重要。
“我们识别出的绝大多数有害遗传变异位于染色体上基因之间，这使得将它们与特定基因联系起来变得复杂，”罗博士解释说，他还是UCLA大卫·盖芬医学院的人类遗传学助理教授。“通过研究个体细胞中DNA的组织方式，我们能够发现遗传变异与特定基因之间的关系，帮助我们识别特别易受这些疾病影响的细胞类型和发育阶段。”
举例来说，自闭症谱系障碍通常在2岁及以上的儿童中被诊断。如果研究人员能够更好地理解导致自闭症的遗传因素及其对发育的影响，他们可能能够制定干预策略，以缓解在关键发育阶段出现的症状，如沟通困难。
研究团队评估了来自怀孕中期至成年阶段的捐赠者的超过53,000个脑细胞，揭示了在重要发育里程碑期间基因调控的显著变化。通过涵盖多种发育阶段，研究人员能够编制出人类大脑发育关键点处发生的显著遗传重组的广泛描绘。
一个特别活跃的时期发生在怀孕中期，当时被称为放射状胶质的神经干细胞停止产生神经元，而是开始生成保护和支持神经元的胶质细胞。同时，新的神经元成熟，获取特定功能所需的特性，并建立通信所需的突触连接。
由于缺乏该时间框架的脑组织样本，这个发育阶段在早期研究中往往被忽视。
“我们的研究解决了在往往被忽视的时期：第三学期和婴儿期，DNA组织与基因表达之间的复杂关系。” UCSF神经病学副教授帕雷德斯说，“我们揭示的不同类型细胞之间的联系可能有助于澄清当前在识别神经发育和精神疾病的显著遗传风险因素方面的挑战。”
研究结果对于提升基于干细胞的模型（如脑类器官）有重要意义，这些模型用于研究大脑发育和相关疾病。这张新地图将作为科学家验证这些模型是否准确表达人类大脑发育的基准。
“发展健康的人类大脑是一项令人难以置信的挑战，”共同作者、索尔克研究所教授以及霍华德·休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）研究员约瑟夫·艾克尔博士表示。“我们的研究创建了一个重要的数据库，捕捉大脑发育过程中的重要表观遗传变化，使我们更接近理解在哪些方面和何时这种过程的失误可能导致自闭症等疾病。”
该研究得到了美国国立卫生研究院的BRAIN计划细胞图谱网络（BICAN）的支持，旨在开发参考性的大脑细胞图谱，为探索大脑功能和疾病奠定基础框架。
该研究的资金还来自多个组织，包括国家心理健康研究所、国家人类基因组研究所、西蒙斯基金会、罗伯塔和奥斯卡·格雷戈里脑中风与脑研究基金会、陈扎克伯格生物中心、韩国国家研究基金会、舒尔和凯·库尔西基金会、国家药物滥用研究所以及加利福尼亚再生医学研究所。
其他贡献者包括：周晶天、张怡、李东成、侯康城、奥耶·帕斯托尔·阿隆索、凯文·D·阿布哈纳、约瑟夫·加拉索、科林·科恩、台楚怡、卡洛斯·加西亚·帕迪利亚、马赫萨·纳菲西、周怡、安东尼·D·施密特、李特伦斯、马克西米连·海乌斯勒、布里特妮·威克、马丁·金业·张、谢方鸣、瑞安·S·兹夫拉、埃兰·A·穆卡梅尔、埃莱亚扎·埃斯金、托马斯·J·诺瓦科夫斯基、杰西·R·迪克森、博格丹·帕萨纽克、约瑟夫·R·艾克尔、邓权和博格丹·宾图。
