神经细胞身份证如何编码

本报讯 （首席记者姜澎）大脑中的神经细胞组成了宇宙中最复杂的系统，并且这些神经细胞各有一个“身份证号码”。上海交通大学系统生物医学研究院吴强教授的科研团队发现了大脑神经细胞“身份证号码”的编码之谜，这将有助于科学家破解人类基因组的编码调控机制，对认识脑发育中单个神经细胞身份密码如何建立，以及复杂神经精神疾病发病机理将产生深远影响。研究成果发表在最新一期综合类国际顶级学术期刊PNAS上。

　　蛋白给细胞“设密码”

　　“世界上没有两个完全相同的人”，人类大脑中的神经细胞也是如此。大脑含有上千亿个不同的神经细胞，每个神经细胞又形成了上万个特异性突触连接，因为它们各自有一张由原钙粘蛋白群组合而成的“身份证”。原钙粘蛋白群的不同表达就形成了神经细胞的不同“身份证号码”。

　　这种给神经细胞设身份证密码的原钙粘蛋白，是一种分布在细胞膜表面的依赖钙离子的粘附分子。神经细胞如何识别和区分彼此并建立起正确的直接联系，靠的就是神经系统中这种叫做原钙粘蛋白的分子。原钙粘蛋白基因家族能够通过组合表达的方式形成神经细胞的分子多样性，即神经元“身份证号码”的多样性。该“身份证号码”有助于神经细胞识别和区分彼此，进而在神经环路形成和学习记忆等方面起到重要功能。

　　吴强举了个例子，原钙粘蛋白就分布在细胞表面，哪些神经细胞之间能够“链接”起来，就看细胞表面的原钙粘蛋白群组合之间能否“般配”。一方面，原钙粘蛋白群组合的不同，为神经细胞设了身份密码；另一方面，它的组合群能够把般配的两个神经细胞粘着“链接”在一起。

　　目前国际上已经能测出神经细胞的身份密码，但是这些密码的排列规律仍是个谜，尚没有研究出一种方法来破解这一身份密码的形成过程。

　　神奇“钥匙”破解密码

　　吴强科研团队之所以能够破解密码的形成过程，是因为找到了两把神奇“钥匙”——绝缘子结合蛋白CTCF和染色体粘连蛋白Cohesin。

　　据介绍，每个基因至少有一个激发其活性的“发动机”，叫“启动子”，还有一个增强其活性的“加速器”，叫“增强子”。课题组发现，在一条DNA染色体上，相隔甚远的“增强子”和“启动子”之间通过染色体环化形成转录中心，控制原钙原蛋白“启动子”的选择，即组成神经细胞的“身份证号”。进一步研究发现，绝缘子结合蛋白CTCF和染色体粘连蛋白Cohesin起到了不可或缺的关键作用。

　　“绝缘子结合蛋白CTCF”这把钥匙使“增强子”和“启动子”相互认识，另一把钥匙“染色体粘连蛋白Cohesin”则使CTCF的“增强子”和“启动子”联结在一起，形成一个环。通过这两把“钥匙”，“增强子”把不同原钙粘蛋白基因的“启动子”吸引过来，形成了一个个环，环环相连，形成了转录原钙粘蛋白的转录中心。

　　吴强教授称，不正常的神经系统发育会导致大脑功能的异常，也是各种精神疾病的发病机制之一。神经网络的正常发育需要每个神经细胞建立自己的一套“身份证号码”，进而使神经细胞通过自己的“身份证号码”进行识别和区分彼此，从而帮助建立复杂的神经网络，但科学家对这一脑发育过程的分子机制知之甚少。针对神经细胞“身份证号码”产生原因的研究，有利于揭示一类神经精神疾病产生的分子机制。针对神经细胞“身份证号码”的进一步深入研究，将有助于人们对复杂神经网络形成机理的理解，并促进对脑肿瘤、精神分裂症、自闭症等大脑疾病发病机制研究。将来科学家或许可以通过遗传操作控制神经细胞“身份证号码”的产生，应用于转化医学，从而造福于人类健康。