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索尔克大学(Salk)教授、霍华德•休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)研究员约瑟夫•埃克(Joseph Ecker)和索尔克大学(Salk)的科学家玛格丽塔•贝伦斯(Margarita Behrens)在2014年获得了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health, NIH)通过“大脑(通过推进创新神经技术进行大脑研究)”(BRAIN Research through advanced Innovative Neurotechnologies)为神经科学前沿工作提供的新一轮资助。这项拨款于9月30日宣布，将在三年内为索尔克科学家提供300多万美元的资助。
去年启动的“大脑倡议”(BRAIN Initiative)是一项总统努力，目的是支持推进基础神经科学的高优先级研究，其目标是揭示大脑的工作方式，开发治疗、预防和治疗阿尔茨海默病(Alzheimer 's disease)、精神分裂症、自闭症、癫痫和创伤性损伤等脑部疾病的方法。美国国家卫生研究院(NIH)、国家科学基金会(NSF)、食品药品管理局(FDA)和国防高级研究计划局(DARPA)四个联邦机构已承诺在2014财年为该计划提供1亿多美元的支持。
大脑有几种细胞类型，其中许多还没有被很好地理解。新的拨款将支持Ecker和Behrens的实验室构建大脑地图，以识别每种细胞类型及其连接方式。特别是，Ecker和Behrens将研究脑细胞的形成是如何受到表观基因组的影响的，表观基因组是一组分子或化学标记，它们点缀在DNA上，并调节基因的活动。表观基因组和基因组一起决定了包括大脑在内的所有器官的生长和功能。
“我们对国家心理健康研究所的这一额外支持感到非常兴奋，因为它支持我们参与大脑计划，”Ecker说，他同时也是Gordon和Betty Moore基金会的研究员和Salk国际遗传学理事会主席。“我们相信我们的新方法——利用脑细胞类型的表观遗传差异——将补充现有的映射方法，最终导致对神经元的身份和功能差异的更深入理解，并为大脑发育和疾病提供一个可能的窗口。”
一个叫做DNA甲基化的过程是表观基因组影响基因组的一个主要方式。在这个过程中，碳和氢原子被添加到DNA中称为胞嘧啶(C)的四个碱基之一。这种甲基化会关闭基因，阻止某些蛋白质的产生。
Ecker领导的团队创造了人类表观基因组的第一张详细地图，他开发了一种名为甲基c - seq的表观遗传标记映射方法，可以追踪DNA构建块胞嘧啶甲基化的位置。Ecker已经将甲基c - seq应用于许多领域的表观遗传学问题。最近，埃克和贝伦斯绘制了人类和小鼠在其生命周期内大脑表观基因组的详细图谱，这项工作被美国国家卫生研究院(NIMH)主任汤姆·因塞尔(Tom Insel)列为2013年“十大”研究进展之一。
贝伦斯说:“这些图谱让我们发现，神经元显示出特定的甲基化标记，不仅能将它们与大脑中的非神经元细胞区分开来，还能将它们彼此区分开来。”这在神经生物学上开辟了一个全新的世界，在那里每个脑细胞都可以通过一个稳定的分子标记来识别。这将有助于研究大脑连接是如何建立和维持的。
该实验室将使用全基因组的脑细胞群胞嘧啶甲基化图谱来探测在大脑切片和整个大脑中显示独特甲基化标记的细胞的物理位置。这种新颖的做法将导致表观遗传的创建地图的每一个细胞类型可以与现有的大脑基因表达地图集和连接地图,最终作为参考地图与神经系统疾病如精神分裂症或阿尔茨海默病和揭示更多关于神经系统疾病。
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