Cell Reports：基因的随机选择决定你的大脑如何思考
2018-09-27 小通 生物通
大脑中如此多不同的、高度特异的神经元是怎么出现的？伯尔尼大学生物中心研究人员开发的数学模型表明，不同基因的变体使得这种随机多样性成为可能
大脑中如此多不同的、高度特异的神经元是怎么出现的？伯尔尼大学生物中心研究人员开发的数学模型表明，不同基因的变体使得这种随机多样性成为可能。
大脑中如此多不同的、高度特异的神经元是怎么创造出来的？伯尔尼大学生物中心研究人员开发的数学模型表明，不同基因的变体使得这种随机多样性成为可能。科学家在《Cell Reports》中描述，尽管新形成的神经元数量不胜枚举，但基因的异构体为神经元提供独特、精确的特殊功能。
大脑是我们身体最复杂的器官，由大约1000亿个神经元组成。为了信息的无差错传输和功能正常，不同细胞必须与正确的交互伙伴连接方式进行编程。基因决定神经元的功能。然而，仅仅大约30000个不同的基因是不足以创建个体神经元必要的多样性的。
伯尔尼大学生物中心Attila Becskei的研究小组，研究了胚胎干细胞在神经元成熟过程中的发育过程，建立了胚胎干细胞发育的数学模型。他们证明了观察到的神经元多样性和精确性是通过基因的变体，即所谓的同源异构体实现的。
基因变体确保独特性
单个基因的不同变体使个体神经元的多样性发育得以实现。“只有结合了同源异构体，才有可能由数量相当有限的基因产生如此多样的神经元群体。异构体的组合是随机选择的。然而，这种随机过程可以导致单个细胞中表达的异构体有巨大的差异。”Becskei说。然而，重要的是具有相同或相似数量的表达基因，使神经元与其他神经元能特异的相互作用。
数量庞大却有独特性
单个神经元的发育是一种随机释放的大规模生产。成百上千的神经元就像装配线一样形成。但如何才能在这个过程中实现精确性？结果让研究人员惊讶“我们的数学模型表明，组合多样性和精度不是相互对立的现象，而是携手并进，共同作用的，”Becskei解释说。与先前的预期相反，在神经元成熟期间，细胞中不同异构体的数量和排他精度同时增加。简单的说，更多的异构体差异，它们在个体神经元中将更为独特和更均匀的分布。
由于每个基因的表达方式不同，并不是所有的基因都有不同的亚型，所以这些发现尚不能应用于所有的基因。将来，Becskei研究小组计划研究更多的基因探索确保神经元独特性的策略。哪个功能与每个神经元的唯一性联系起来是另一个需要讲述的故事。
原始出处：
Takeo Wada, et al.Stochastic Gene Choice during Cellular Differentiation.Cell Reports, Vol. 24, Issue 13, p3503–3512.Published in issue: September 25, 2018
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