美國時間9日，洛杉磯加州大學(UCLA)的Chongyuan Luo與舊金山加州大學(UCSF)的Mercedes Paredes領導的研究團隊，運用單核甲基3C定序（single-nucleus methyl-3C sequencing, snm3C-seq）技術，成功生成超過53,000個染色質構象(chromatin conformation)和DNA甲基化的聯合單核圖譜，並透過三維染色質構象重組，展現海馬迴和前額葉皮質在發育過程中的表觀遺傳變化。這項成果發表於《Nature》期刊。
 
海馬迴和前額葉皮質在學習、記憶及情緒調節中扮演著重要角色，並與自閉症、精神分裂症等疾病密切相關。這項研究提供了大腦發育如何影響終身心理健康的新見解。
 
Chongyuan Luo指出，神經精神疾病，即使是在成年後才顯現，其根源往往可以追溯到早期大腦發育中受擾亂的遺傳因素。他們的圖譜為研究病變大腦的基因變化提供了基準，有助於確定分子變化發生的時間和位置。
 
通過分析從妊娠中期到成年期的廣泛發育階段，研究團隊運用snm3C-seq技術，分析了53,000個單細胞的甲基化和染色質構象數據，發現不同腦細胞類型在胎兒至青春期期間經歷了顯著的基因表現重塑，其中興奮性神經元(excitatory neurons)和抑制性神經元(inhibitory neurons)在發育過程中展現出明顯甲基化和染色質結構變化。
 
在不同細胞類型中，DNA甲基化和染色質互動的動態順序成為其分化過程中的重要指標。神經元(neurons)傾向於短距離的染色質互動，而星型膠質細胞(astrocytes)則更偏向長距離的互動，這兩者成為發育過程中結構變化的主要特徵。
 
研究顯示，隨著神經元分化，染色質環(chromatin loops)和基因調控元素的作用逐漸增強，這不僅與基因活性密切相關，還揭示了許多與精神分裂症相關的遺傳變異與染色質環緊密聯繫，提供了基因調控的潛在機制。
 
研究團隊表示，這項研究建立了一個捕捉了大腦發育過程中發生的關鍵表觀遺傳變化的資料庫，幫助我們更清楚地了解大腦發育過程中何時何地的發育失誤會導致神經發育障礙。
 
參考資料:https://www.genengnews.com/topics/omics/3d-multiomics-adds-depth-to-study-of-human-brain-development/
論文: https://www.nature.com/articles/s41586-024-08030-7
 
(編譯/黃佳啟)