Nature子刊:神经细胞为了保持活力,不断折腾自己的DNA!


神经元每天干的事情就是对自己的DNA贴标签,撕标签,贴标签,撕标签……对了,标签是【只读】标签。

 
这是普通细胞的:

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这是神经元细胞的:

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 最近,美国约翰·霍普金斯大学科学家领导的研究小组在《自然·神经科学》杂志上发表论文称,神经元会通过对DNA的小“手术”不断调节自身全天候的活动水平。这一发现有助于揭示神经科学中许多重要的问题。

  “我们曾认为细胞一旦完全成熟,其DNA就是完全稳定的,包括上面附带的分子标签,这些标签控制着基因并保持细胞‘身份’。”约翰·霍普金斯大学的宋红军(音译)教授说,“这项研究表明,某些细胞确实能持续修改它们的DNA,而且只是为了履行日常功能。”

神经元更改.jpg

神经元中受体GLUR1的水平。左侧:未开启修改状态的神经元。右侧 :Tet3水平提高之后的神经元。明亮程度反应GLUR1的活性。

  这种修改称为DNA去甲基化,就是把带有甲基的C碱基替换成没有甲基的C碱基,由于这一过程涉及DNA的切割,让DNA暴露在不稳定的状态下,容易变异,所以除用于纠错,大部分细胞都很少用它。但最近有研究表明,哺乳动物的大脑具有非常活跃的DNA修复活动,且远比身体其他部位要多。如此高风险的动作竟然发生在大脑这样一个如此脆弱的组织,让宋红军领导的研究小组感到很困惑。

  神经元的主要工作是通过突触与其它神经元通讯。在每个突触前端的神经元会释放化学信息素,其中包含的信息由突触后端受体蛋白来解释。神经元能通过调节自身基因的活性,改变信息素或神经元表面受体的量从而改变通讯的强度。

  在该项研究中,研究小组采集了小鼠脑中的神经元,加入不同药物,发现它们的突触活动(代表通讯强度)、Tet3基因活性(若活性增强,则开启DNA去甲基化)和GluR1蛋白(突触中的信息受体)之间保持着此消彼长的关系。研究人员解释说,通过这种机制使突触活性保持同步,使得神经元维持对周围信号的反应灵敏度。如果突触活性增强,则Tet3活性和去甲基化活动也增强,会使突触中GluR1水平下降,以此减弱整个活动的强度,使突触恢复原来的活性水平;反之,Tet3的水平则会变弱,去甲基化的状态也会随之减弱。

  调节突触活性的能力是神经元最基本的功能,“这正是大脑得以形成含有特定信息通路的基础,”宋红军说,“突触的灵活性似乎是依赖神经元的这种有轻微风险的DNA“手术”。因此某些脑功能失调,是否是由于神经元在切除碱基之后丧失了它们的‘复原’能力所致?这项研究将让我们离发现原因更近一步。”

原paper:

Tet3 regulates synaptic transmission and homeostatic plasticity via DNA oxidation and repair.
http://dx.doi.org/10.1038/nn.4008

来源:科技日报
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