来自伊利诺伊大学的研究人员合作研究(U (I)厄已经开发出一种新方法,使磁共振成像(MRI)来捕获DNA甲基化在小猪的大脑。

基因表达的变化响应外界刺激

基因组——整个有机体的DNA代码——经常被比作一个食谱的书。这本书的页面代表不同的基因,就像一个配方,为细胞提供指令创建蛋白质通过的过程转录和翻译。这些蛋白质是细胞的“主力”,参与各种分子的过程,最终形成在生物细胞的独特功能。

在每一个细胞都在一个有机体拥有相同的基因,不是每一个细胞都携带相同的函数,由于“关闭”和“打开”的特定基因在不同时刻,称为基因表达。基因的表达可以通过各种不同的影响因素,如环境因素、疾病和创伤。

表观遗传学是指细胞如何调节基因活性的研究没有引起DNA序列本身的变化。有不同类型的表观遗传变化,包括DNA甲基化和组蛋白修饰。

大脑的控制系统

表观遗传学研究是推进我们对人类生物学的理解。研究大脑中的基因表达,以及它如何变化在不同的经历——如学习和记忆——一直是一个大几十年来神经科学研究的焦点。

“从许多实验室有一个广泛的文献,包括一些我们的,表明有脑基因表达和表观遗传的改变大脑的变化,以应对各种经验和风险敞口,”罗宾逊教授基因主任卡尔·r·伍斯U基因组生物学研究所的我,告知捷克葡萄牙直播技术网络。罗宾逊的先前的研究表明,大脑中的特定基因,或衰减等生物的西方蜜蜂-的蜜蜂,当它经历环境变化或压力。

罗宾逊说,大脑有两个控制系统:“快速系统基于神经活动的变化,发生在快时间尺度,以毫秒到几分钟,和较慢的系统基于基因活性的变化发生在慢时间尺度,以分钟小时甚至更长时间。”系统,即有fast-occurring神经活动的变化,可能会出现当有机体遇到威胁,例如。神经元突触火灾信号,触发的想法如“运行”,或“拉你的手远离热表面”。

但基因表达的变化发生在大脑持续很久以后解决的威胁。如果你曾经遇到了正念,你可能会熟悉说的“神经元火一起,连接在一起”。的概念,你应该经常练习正念,你可以改变你自己的大脑的结构由于基因表达的变化、信号分子和新的神经连接。

这被称为大脑的灵活性神经可塑性。罗宾逊的控制系统是指最终导致大脑的可塑性。因此清楚表观遗传变化,调节基因的表达,对学习和记忆很重要。

一种新的非侵入性的方法来研究基因的表达

研究分子过程中的困难与大脑的控制系统是一个有机体需要它的大脑。因此,大多数的研究在这个领域一直依靠事后的分析基因的表达。先前的努力探索表观遗传机制在实时依靠人类大脑成像一个特定的酶参与表观遗传机制。不幸的是,该方法不够足够的目标产生新颖的见解。

罗宾逊和他的同事在美国我不知道他们如何可以采用MRI进一步推进生物神经元基因表达的研究。“核磁共振已经彻底改变了神经科学提供了一个非侵入性的方法来测量和地图快速神经活动的变化,”他解释道。

在一个新的多学科研究涉及罗宾逊,由金博士李,教授卡尔伊利诺斯州大学医学院我和你的生物工程博士教授。迷林——在其他科学家们想出了一个解决方案。

李肇星说,这种酶蛋氨酸可以携带碳13进入大脑。碳13同位素是一种罕见的碳通常是作为一个标记用于医学研究。这意味着,在大脑中,蛋氨酸可能捐出碳13标记发生DNA甲基化的甲基,研究者可以通过MRI捕获。他们绰号过程“后生MRI”,或“eMRI”。

然而,从碳13核磁共振信号有时脆弱——一个协作需要克服的挑战。“两个我们团队的成员,梁教授和林,有丰富的经验分析和提高各种相关的核磁共振信号。他们他们的专业知识应用于这个新问题,取得了令人印象深刻的表现,”罗宾逊说。

碳13标记甲基在小猪的大脑成像

起初,研究小组开始研究管理carbon-13-labeled蛋氨酸通过他们的食物供应啮齿动物在继续小猪之前模型。他们发现MRI可以从大脑中carbon-13-labeled甲基检测信号,这些信号增加当小猪成像在出生后几周相比,当他们是新生。这一发现,李说,在新版本中,是令人鼓舞的,因为它反映了这样一个事实:信号环境响应。

“众所周知的动物研究大脑区域最参与学习和记忆的经验更多的表观遗传变化。也有地区差异DNA甲基化在猪的大脑,就像古典MRI有地区差异研究,”李补充道。

概念验证研究提供了一个“实时”方法,探索大脑的控制系统。MRI是广泛采用在人类医学研究团队设想搬到人类研究自然下一步推进法。“除了应用在神经学,我们设想应用社会科学来帮助阐明各种形式的“生物嵌入”即。环境的,方面“皮肤”影响大脑,行为,和其他方面的生物学。这些可能与社会经济因素和其他社会环境的重要元素,”罗宾逊说。

电流限制突出了罗宾逊是信噪比,必须增强,减少扫描时间。此外,DNA甲基化是表观遗传控制的一种形式,因此,更好地了解全球DNA甲基化变化之间的联系,那些发生在大脑需要更好的阐明。

罗宾逊的方法应进一步调整,预计它的应用的研究延伸的一种表观遗传变化:“一般方法允许其他的可能性,”他总结道。

参考:林F,楚J,崔JS et al。表观遗传MRI:非侵入性成像的大脑中DNA甲基化。《美国国家科学院学报》上。2022年。doi:10.1073 / pnas.2119891119。

基因罗宾逊是莫莉坎贝尔教授,高级科学技术网络作家。捷克葡萄牙直播