大腦中的神經(jīng)細(xì)胞組成了宇宙中最復(fù)雜的系統(tǒng)，并且這些神經(jīng)細(xì)胞各有一個(gè)“身份證號(hào)碼”。上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院吳強(qiáng)教授的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了大腦神經(jīng)細(xì)胞“身份證號(hào)碼”的編碼之謎，這將有助于科學(xué)家破解人類基因組的編碼調(diào)控機(jī)制，對(duì)認(rèn)識(shí)腦發(fā)育中單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞身份密碼如何建立，以及復(fù)雜神經(jīng)精神疾病發(fā)病機(jī)理將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。研究成果發(fā)表在最新一期綜合類國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊PNAS上。

蛋白給細(xì)胞“設(shè)密碼”

“世界上沒(méi)有兩個(gè)完全相同的人”，人類大腦中的神經(jīng)細(xì)胞也是如此。大腦含有上千億個(gè)不同的神經(jīng)細(xì)胞，每個(gè)神經(jīng)細(xì)胞又形成了上萬(wàn)個(gè)特異性突觸連接，因?yàn)樗鼈兏髯杂幸粡堄稍}粘蛋白群組合而成的“身份證”。原鈣粘蛋白群的不同表達(dá)就形成了神經(jīng)細(xì)胞的不同“身份證號(hào)碼”。

這種給神經(jīng)細(xì)胞設(shè)身份證密碼的原鈣粘蛋白，是一種分布在細(xì)胞膜表面的依賴鈣離子的粘附分子。神經(jīng)細(xì)胞如何識(shí)別和區(qū)分彼此并建立起正確的直接聯(lián)系，靠的就是神經(jīng)系統(tǒng)中這種叫做原鈣粘蛋白的分子。原鈣粘蛋白基因家族能夠通過(guò)組合表達(dá)的方式形成神經(jīng)細(xì)胞的分子多樣性，即神經(jīng)元“身份證號(hào)碼”的多樣性。該“身份證號(hào)碼”有助于神經(jīng)細(xì)胞識(shí)別和區(qū)分彼此，進(jìn)而在神經(jīng)環(huán)路形成和學(xué)習(xí)記憶等方面起到重要功能。

吳強(qiáng)舉了個(gè)例子，原鈣粘蛋白就分布在細(xì)胞表面，哪些神經(jīng)細(xì)胞之間能夠“鏈接”起來(lái)，就看細(xì)胞表面的原鈣粘蛋白群組合之間能否“般配”。一方面，原鈣粘蛋白群組合的不同，為神經(jīng)細(xì)胞設(shè)了身份密碼；另一方面，它的組合群能夠把般配的兩個(gè)神經(jīng)細(xì)胞粘著“鏈接”在一起。

目前國(guó)際上已經(jīng)能測(cè)出神經(jīng)細(xì)胞的身份密碼，但是這些密碼的排列規(guī)律仍是個(gè)謎，尚沒(méi)有研究出一種方法來(lái)破解這一身份密碼的形成過(guò)程。

神奇“鑰匙”破解密碼

吳強(qiáng)科研團(tuán)隊(duì)之所以能夠破解密碼的形成過(guò)程，是因?yàn)檎业搅藘砂焉衿妗拌€匙”――絕緣子結(jié)合蛋白CTCF和染色體粘連蛋白Cohesin。

據(jù)介紹，每個(gè)基因至少有一個(gè)激發(fā)其活性的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，叫“啟動(dòng)子”，還有一個(gè)增強(qiáng)其活性的“加速器”，叫“增強(qiáng)子”。課題組發(fā)現(xiàn)，在一條DNA染色體上，相隔甚遠(yuǎn)的“增強(qiáng)子”和“啟動(dòng)子”之間通過(guò)染色體環(huán)化形成轉(zhuǎn)錄中心，控制原鈣原蛋白“啟動(dòng)子”的選擇，即組成神經(jīng)細(xì)胞的“身份證號(hào)”。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，絕緣子結(jié)合蛋白CTCF和染色體粘連蛋白Cohesin起到了不可或缺的關(guān)鍵作用。

“絕緣子結(jié)合蛋白CTCF”這把鑰匙使“增強(qiáng)子”和“啟動(dòng)子”相互認(rèn)識(shí)，另一把鑰匙“染色體粘連蛋白Cohesin”則使CTCF的“增強(qiáng)子”和“啟動(dòng)子”聯(lián)結(jié)在一起，形成一個(gè)環(huán)。通過(guò)這兩把“鑰匙”，“增強(qiáng)子”把不同原鈣粘蛋白基因的“啟動(dòng)子”吸引過(guò)來(lái)，形成了一個(gè)個(gè)環(huán)，環(huán)環(huán)相連，形成了轉(zhuǎn)錄原鈣粘蛋白的轉(zhuǎn)錄中心。

吳強(qiáng)教授稱，不正常的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育會(huì)導(dǎo)致大腦功能的異常，也是各種精神疾病的發(fā)病機(jī)制之一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正常發(fā)育需要每個(gè)神經(jīng)細(xì)胞建立自己的一套“身份證號(hào)碼”，進(jìn)而使神經(jīng)細(xì)胞通過(guò)自己的“身份證號(hào)碼”進(jìn)行識(shí)別和區(qū)分彼此，從而幫助建立復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，但科學(xué)家對(duì)這一腦發(fā)育過(guò)程的分子機(jī)制知之甚少。針對(duì)神經(jīng)細(xì)胞“身份證號(hào)碼”產(chǎn)生原因的研究，有利于揭示一類神經(jīng)精神疾病產(chǎn)生的分子機(jī)制。針對(duì)神經(jīng)細(xì)胞“身份證號(hào)碼”的進(jìn)一步深入研究，將有助于人們對(duì)復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成機(jī)理的理解，并促進(jìn)對(duì)腦腫瘤、精神分裂癥、自閉癥等大腦疾病發(fā)病機(jī)制研究。將來(lái)科學(xué)家或許可以通過(guò)遺傳操作控制神經(jīng)細(xì)胞“身份證號(hào)碼”的產(chǎn)生，應(yīng)用于轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)，從而造福于人類健康。（首席記者姜澎）