为何我们的大脑有这么多种神经元?
作者: mints 编译 / 8279次阅读 时间: 2019年10月16日
标签: 神经元
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南卫理公会大学(SMU)的研究人员又发现了一层基因表达的复杂性,这可能有助于解释为何我们的大脑拥有数十亿个神经元
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8dhT YJ](j0神经元是大脑和神经系统中的细胞,它们对我们所做、所想或所感的一切负责。它们利用电脉冲和化学信号发送的信息在不同的脑区域之间,以及大脑和其他神经系统之间传递,以此来告诉我们的身体该做什么。人类大脑中的860亿个神经元指导我们做一些事情,比如举起手臂或记住一个名字。心理学空间$ds5eLqV l X?+H9JH

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然而,负责创造这些神经元的基因只有几千个。

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所有的人类神经系统细胞都有着同样的基因信息。但最终,基因会像电灯开关一样,被“打开”或“关闭”,将特定的特征和角色赋予神经元。

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nEj LM1J`/gH0了解基因开启或关闭机制——这个过程被称为基因表达——可能帮助解释人类和其他哺乳动物如何形成如此之多的神经元。
sVa4~/Q;^&}&A+o0  该新研究的合著者、SMU生物科学系副教授Floyd B.James和Adam D. Norris说:“这样的研究表明,通过特定基因的独特组合可以制造出各种各样的特定神经元。所以,像这样的研究这可以帮助我们解释:第一,我们的大脑如何变得如此复杂?第二,我们应该如何模仿这种自然进程,并且如何通过遵循这些规则制造出我们感兴趣的任何类型的神经元?”心理学空间*KAP3hpJsS

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科学家已经解决了基因表达的一部分难题,因为先前的研究已经表明,那些被称为转录因子的蛋白质通过结合附近的DNA来帮助打开或关闭特定基因的方面起着关键作用。心理学空间 ~4d.YjsO

igW"j(E _;m0我们还知道,受到RNA结合蛋白控制的RNA剪接的过程,可以为该神经元增加额外的一层调节层。一旦一个基因被激活打开,可以通过RNA剪接创建不同版本的RNA分子。

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But before the SMU study was done, which was published in the journal eLife, it was not exactly clear what the logistics of creating that diversity was.
OJ/`(Ve(x"q}F0  但在SMU的研究完成之前,还不清楚创造这种多样性的逻辑是什么。心理学空间RM5aQw+|(n
  “在此之前,科学家们大都将注意力集中在转录因子上,转录因子是基因表达的第一层。”Norris说:“这一层通常被看作是产生特定神经元类型的关键。我们添加了第二层,并显示(转录因子和RNA结合蛋白)必须适当地协调。”心理学空间d:g-_3P*ERT
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#f? x3S D o0Norris指出:“这是第一次在单个神经元中发现基因表达的协调性。”

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研究人员利用古老的传统和尖端的遗传学技术,观察了同样在人类身上发现的sad-1基因的RNA是如何被剪接在秀丽隐杆线虫的单个神经元中。他们发现sad-1在所有的神经元中都是开启的,但是sad-1在不同的神经元类型中经历了不同的剪接模式。心理学空间Gb*X:vY;jF z c7dG

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虽然转录因子并没有直接参与sad-1基因的RNA剪接,但它们作为激活的基因在不同类型的神经元中对RNA结合蛋白进行的编码是不同的。正是这些RNA结合蛋白控制着RNA的剪接。心理学空间&q4uv%C2y0\ U1n

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Norris说:“一旦该基因被打开,这些因素就会进入,并巧妙地改变了该基因的含量。”结果,sad-1按照神经元特异性模式被剪接了。他们还发现,在不同的神经元中, 协调调节(coordinated regulation)有不同的细节。心理学空间?:H H X5X.z YRK X
  “你可以想象两个不同的神经元想要达到相同的目标。他们要么走完全相同的路径到达那里,要么走不同的路径。”Norris说:“在这项研究中,我们发现,目前为止的答案是不同的路径。”即便在单个神经元中,也存在多个不同的基因表达层,它们共同让这个神经元成为独一无二的神经元。”

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qv$F(It eK@I0Norris之所以使用蠕虫神经元作为研究对象,是因为“蠕虫与人类不同,我们知道每个蠕虫神经元的位置以及它应该达到的目的。因此,我们可以非常自信地知道哪些基因负责哪一个神经过程。心理学空间'a2juh{

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“这项研究之中的非常具体的细节并不适用于人类。但希望所涉及的原则将会适用于人类,”Norris解释说,“从过去几十年对蠕虫神经系统的研究来看,发现对蠕虫行为有特殊影响的特定基因,随后被证明对人类神经中的相同类型的事物负责。”心理学空间)P;]^0Z t)F

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