我们通常认为我们身体中的每一个细胞都含有相同的基因组,完整的基因信息是构成我们个体的生物核心。
但是,人体中也有的细胞遗传基因未必一样。例如在癌症中,当突变产生基因不同的细胞时,就会导致癌症。
然而大部分人不知道的是,我们的大脑就具有显着的遗传多样性。
研究表明,每个神经细胞中可能存在数百个基因突变。在大脑发育过程中,脑细胞分裂产生的基因突变和其他基因变化被会传递到子代细胞中。
其结果是,成年人的大脑实际上是由基因不同的细胞群形成的的镶嵌体构成的。
我们知道,大脑的活动与组织方式会随着我们的经历而发生变化。记忆和学习在大脑中表现为神经细胞之间的联结数目增多或加固。
同时我们知道,大脑是由不同基因组成的细胞嵌合而成的。
不过一项新的研究独树一帜地揭示了人生经历与大脑遗传多样性之间的联系。
这个研究发现,人生经历可以改变大脑细胞基因组所含的 DNA 序列。
经历可以通过这种方式改变大脑,这个全新的发现在之前是没有人探索过的。
它之所以具有重大的科学意义,是因为这个发现揭示了大脑对外部世界的可塑性至少部分来自于基因的改变。
基因组是个体身份的分子标记。
基因组中的 DNA 序列将我们每个人区分为一个个独特的个体,同时这种 DNA 序列的变化是相对罕见的。
基因组改变通常是由于细胞复制过程中发生罕见错误,或是由于暴露于致癌物质或辐射中所引起的。
而现在研究表明,经历拥有同样强大的改变基因组的能力,不过这种改变仅限于大脑细胞。
婴儿在生命早期所受到的照料会对他的心理与智力的成长产生深远影响。
细心的照料、喂养和梳洗可以降低婴儿的压力与焦虑水平,提高他的心理健康水平。
另一方面,冷漠的照料则会导致婴儿焦虑水平增加、心理调节能力受损。
这个研究揭示了早期护理的质量可以终身改变行为,其中一个重要的途径就是通过改变大脑的遗传属性。
在这项研究中,研究人员根据老鼠为幼崽梳理毛发并哺育幼崽时间的长短来确定母性护理质量和丰富度上的自然差异,据此把老鼠分为受到高水平或低水平的母性护理组。
之后,他们检测了这些幼崽大脑中基因变化的差异。
逆转座子 | wikipedia
神经细胞基因组的许多差异是由于一种被称为逆转座子的可移动遗传元件的存在。
这些逆转座子顾名思义,可以被被复制并换位或整合到基因组的其它位点中去。
该研究测量了这些可移动遗传元件在母亲照料下在大脑中的积聚水平。
如果一些幼鼠缺乏母亲的照料,这些可移动遗传元件就会积聚在幼崽的大脑中特定区域。
如果一个幼崽在出生时缺乏老鼠母亲的照料,而后被较高水平的继母照料养育,那么这种可移动遗传元件的积聚则会被消除。
这一发现意味着可移动遗传元件的积聚是由于母亲缺乏照料所引起的,而不是由遗传差异所引起的。
大部分的可移动遗传元件积聚在海马体中,海马体是大脑中有关记忆的重要区域,而在大脑的其它区域,或其它完全不同的区域比如心脏中,则并没有发现这种积聚现象。
这种差异表明,积聚现象是对大脑镶嵌性的特定影响。
这个研究还提到,可移动遗传原件的变化水平可能是由基因组 DNA 修饰即甲基化所介导的。
什么是基因甲基化呢?
基因甲基化说的是特定基因上甲基修饰的改变,甲基就像是基因的小帽子一样,一个有高度甲基修饰的基因表达得就少;
相反,甲基修饰少的基因就会更多地被转录出来。总之,基因甲基化可以改变细胞读取和使用 DNA 序列的时间和方式。
在缺乏母亲照料的环境中长大的幼仔,它的大脑当中负责可移动遗传元件中关键调控序列的甲基化水平降低,从而导致这些元件的数量和活跃性增加。
这种变化可能有着它重要的作用:神经细胞更多的基因组变异,可以扩展个体的行为多样化,从而给个体生存带来好处。另一方面,基因组变异的扩增也可能使个体更容易得神经类或精神类疾病,即使没有任何家族病史。
基因突变长期以来一直被认为是导致脑癌的原因,但对于其他基因修饰的影响的研究和发现,比如由可移动基因元件造成的影响,才刚刚出现。
有些疾病是由移动遗传元件数量或活动的调节变化所引起的,比如 Rett 综合征是一种 X 连锁广泛性发育障碍,其特征包括异常行为、言语和运动功能在内的一系列症状。
最近,研究者们开始发现肌萎缩性侧索硬化症和额颞叶痴呆的一些病例也可能和可移动遗传元件的调节有关。
Rett 综合征 | Adaptivemall
大脑中的这些基因变异作为深入了解精神和神经性疾病的切入点,在未来有着巨大的潜力。
为此,美国国家心理卫生研究所还发起了一项名为“大脑体细胞镶嵌性网络”的研究计划,对这些疾病进行研究。
早期经历和神经细胞的基因组变异相联系,这意味着早期经历会在大脑中留下难以逆转的基因印记。
这个发现对于几个世纪以来关于先天与后天对于行为的影响孰轻孰重的争论是一个有趣的新转折。
现在我们知道,先天与后天的关系并不像人们所想的那样是相互独立的,同时先天的条件也不像人们之前所想那样一成不变。
和所有反传统研究一样,这项研究也有一些需要注意的地方,其中最重要的是,这里研究的的啮齿类动物的神经元中,可移动遗传元件的数量要比人类的多得多。
此外,我们还不知道这些基因变化是如何改变大脑活动,进而改变个体行为的。
不论如何,这个新发现把动物的早期经历和神经元的遗传结构联系了起来,让我们从新的角度理解了大脑可塑性和适应性。
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