遗传信息图谱揭示了大脑结构的新特点

科学家们利用遗传学提供的人脑图谱来识别数百个基因组位点。这些发现阐明了基因如何影响大脑和疾病。

　　

这项研究由加州大学圣地亚哥分校医学院放射学系副教授陈志华博士领导。这项研究结果发表在2022年2月3日的《科学》在线期刊上。

“人类大脑的复杂性同样让科学家们迷惑了几个世纪，”第一作者Carolina Makowski博士说，她是和陈一起工作的博士后。

“我们大脑的形状在很大程度上取决于缠绕在我们DNA中的东西。在过去的十年里，绘制大脑不同区域的独特遗传密码的研究蓬勃发展，这些遗传密码在人群中自然变化。然而，这些大脑区域的定义方式会对研究结果产生重要影响，这是我们在这项工作中强调的一点。”

总的来说，人类大脑的构造是由遗传决定的，尽管环境暴露等因素也发挥了作用，特别是在儿童时期神经发育的敏感时期。大规模核磁共振成像和遗传数据集越来越多地揭示了帮助构建人类大脑皮层的常见基因变异。大脑皮层是一种外层的、分层的褶皱组织，与人类最高的心理能力有关，如语言、记忆、感知、意识和意识。

最新的研究更进一步，在全基因组关联研究(GWAS)中使用了基因信息脑图谱，对39,898名成年人和9,136名儿童进行了区域皮层表面积和厚度的研究。GWAS是对许多人的完整DNA或基因组进行扫描以发现基因变异的研究，这些变异通常与某种特定疾病有关。

该团队专注于大脑皮层，并使用了由遗传学定义界限的地图集，该地图集由先前的研究作者开发，包括William S. Kremen博士，精神病学教授，和Anders Dale博士，神经科学和放射学教授，均来自加州大学圣地亚哥医学院。

马考斯基说:“想象一下，你正在计划一次越野自驾游。“你可能会转向地图或GPS来导航，而你可能不会有兴趣参考其他基于地形或地貌物理特征的地图来到达目的地。

“同样，我们如何定义大脑区域应该取决于手头的研究问题。通过使用基因定义地图集的方法，我们能够发现迄今为止与皮质大小和厚度相关的最大数量的基因变异。”

研究人员在发现队列中发现了440个基因组范围内的重要位点，在事后综合荟萃分析中发现了800个。

“有趣的是，这些位点所映射的许多基因也与神经发育障碍有关，如自闭症、癫痫、智力残疾和痴呆，”陈说。

“在某种程度上，正常大脑发育和异常大脑发育的分子机制是重叠的，这可能反映了正常大脑结构变化到异常神经发育的连续遗传效应。”一种可能的机制是，某些遗传成分导致大脑发育异常，从而导致神经发育障碍。我们发现的位点可以被研究人员用于基因如何影响大脑和疾病的进一步机制研究。”

联合作者包括:董伟秀，王皓，吴燕，邹晶晶，刘鑫，Sara B. Rosenthal, Donald J. Hagler Jr.， Chun Chieh Fan, Terry L. Jernigan和张昆，均来自加州大学圣地亚哥分校;挪威奥斯陆大学的Dennis van der Meer和Ole A. Andreassen;澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland)的彼得·m·维斯彻(Peter M. Visscher);杨建，西湖大学，中国。

Journal Reference:

1. Carolina Makowski, Dennis van der Meer, Weixiu Dong, Hao Wang, Yan Wu, Jingjing Zou, Cin Liu, Sara B. Rosenthal, Donald J. Hagler, Chun Chieh Fan, William S. Kremen, Ole A. Andreassen, Terry L. Jernigan, Anders M. Dale, Kun Zhang, Peter M. Visscher, Jian Yang, Chi-Hua Chen. Discovery of genomic loci of the human cerebral cortex using genetically informed brain atlases. Science, 2022; 375 (6580): 522 DOI: 10.1126/science.abe8457