Человеческий мозг чрезвычайно сложен и содержит миллиарды нейронов, образующих триллионы синапсов, в которых возникают мысли, поведение и эмоции. Однако, когда человек выполняет конкретную задачу, действуют не многие, а всего несколько нейронных цепей. Огромная клеточная неоднородность структуры мозга сделала расчленение молекулярной основы функции нейронных цепей особенно сложной задачей, потому что предыдущие исследования генетического и эпигенетического профилирования с использованием блока тканей мозга просто не имели достаточной точности и точности, чтобы соответствовать активности. нескольких активированных схем в мозгу.
В мартовском номере журнала Springer Protein & Cell, Chen et al. впервые сообщили о сигнатурах экспрессии молекулярных генов, лежащих в основе созревания нейронов человека, по электрофизиологическим характеристикам. Авторы успешно трудоустроили "Патч-последовательность" технология, при которой запись патч-зажим и профилирование транскриптома отдельных нейронов выполнялись на одних и тех же человеческих нейронах, полученных из более примитивных стволовых клеток. Авторы также реализовали мощный биоинформатический анализ, в том числе анализ сети взвешенной коэкспрессии генов (WGCNA), для экстраполяции важных сигнатурных генов, соответствующих незрелым и зрелым нейронам человека, что беспрецедентно.
Путем перекрестной ссылки на опубликованные данные о транскриптоме отдельного нейрона, профилированном из головного мозга плода и взрослого человека (хотя и без электрофизиологического анализа), было идентифицировано 39 нейронных генов, которые могут служить универсальными биомаркерами для созревания нейронов человека. Точная роль этих 39 генов в процессе созревания нейронов еще предстоит определить в будущем. С другой стороны, количество генов, связанных с передачей сигналов кальция, митохондриальной функцией и убиквитинизацией, постоянно повышается, когда нейроны человека созревают, что подчеркивает критическую важность этих биологических процессов, связанных с функцией нейронов. Ожидается, что нарушение регуляции этих процессов может быть ключевыми элементами, ведущими к нейродегенерации.
Технология сочетания электрофизиологической записи и анализа транскриптома отдельных клеток плюс мощный WGCNA должна в будущем широко использоваться для определения молекулярной логики разводки, функции и пластичности нейронных цепей, чтобы в конечном итоге понять человеческий мозг, разум и основные неврологические расстройства человека.