身体内每个细胞都具有相同的DNA吗？Nature子刊揭示答案
我们的大脑具有惊人的DNA多样性。虽然人们常说我们身体内的每个细胞都具有相同的DNA，但事实上大脑中大部分细胞的DNA都发生了改变，使每个神经元存在细微差别。
近日，索尔克生物研究所（Salk Institute）的研究人员发现了导致这种多样性的一个原因——长散在核重复序列（L1s），L1s存在于44%~63%的健康神经元中，不仅能插入DNA，还会移除DNA。以前人们只知道，这些L1s是被称作“跳跃基因”的小DNA片段，能在基因组中进行复制粘贴。如今研究人员又发现，L1s还会引起整个基因的大片段缺失，而且这种变异会影响大脑发育关键基因的表达。
该研究成果发表在《Nature Neuroscience》上，或可帮助解释每个人独一无二的原因，例如为什么同卵双胞胎也会存在差异，以及跳跃基因是如何出错和引发疾病的。
该研究的通讯作者，Salk研究所的遗传学实验室教授，及年龄相关神经退行性疾病研究负责人Rusty Gage说，“在2013年，我们发现同一个大脑中不同的神经细胞具有不同的补充DNA，这表明每个神经细胞的作用都略有不同。这项研究揭示了一种令人惊讶的新变异形式，将帮助我们理解L1s在健康大脑以及受精神分裂症和自闭症影响的大脑中的作用。”
约一半的健康神经元中含有大块DNA的插入和缺失
2005年，Gage的研究小组发现L1s引起了大脑内基因组的多样性。但是直到单细胞基因组测序技术出现后科学家们才了解这些变异的数量和性质。在2013年发表于Science的一项研究中，Gage的研究小组使用单细胞测序技术发现细胞基因组中存在大块DNA的插入和缺失。
但是在那项研究中，引起DNA插入和缺失的机制仍然不确定，研究人员难以解释基因组中的某些特定区域是否更容易发生改变，以及跳跃基因是否与缺失相关。
Salk研究所等多机构的研究成果发现，我们一半的健康神经细胞中含有大块DNA的插入和缺失。从左到右依次为：Apua Paquola，Rusty Gage教授和Jennifer Erwin。来源：Salk研究所
在这项最新的研究中，Gage和共同第一作者Jennifer Erwin、Apuã Paquola等人开发了一种方法，可更好地捕获健康神经细胞中的L1相关变异进行测序，同时他们还开发了一种准确性更高的变异识别算法。
研究人员在培养皿中诱导干细胞分化形成神经细胞，结果发现L1s容易引起DNA断裂。这是因为基因组中穿过L1位点的一种特异性酶在细胞分化时异常活跃。一些L1s可通过父母遗传给子女，而这种酶似乎在L1s位点附近进行切割。
Gage小组的科学家Erwin说，“我们以为所有L1s的功能是插入到新的位点，但事实上它们还会引起缺失，这意味着L1s以一种更加显著的方式影响了基因组。”
Gage认为，虽然基因组多样性对大脑有益——约一半的脑细胞中存在由L1s引起的DNA缺失和插入，但是这种变异过多的话会引发疾病。
最近的证据表明，精神分裂症或罕见自闭症相关疾病Rett综合征患者的脑细胞基因组中含有的L1变异数超过正常数量。在这项最新的研究中，研究小组分析了精神分裂症相关基因DLG2，在该基因中引入L1变异会改变基因表达以及神经细胞的成熟。接下来该小组计划在其他基因中研究L1变异的作用以及其在大脑活性和相关疾病中的作用。
参考文献：
Jennifer A Erwin,Apuã C M Paquola,,Alysson R Muotri& Fred H Gage.L1-Associated Genomic Regionsare Deleted in Somatic Cells of the Healthy Human Brain, Nature Neuroscience（2016）, DOI: 10.1038/nn.4388
本文来源于：测序中国
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