西奈山神经表观基因组学研究中心的五大研究目标

　　

   

   

伊坎西奈山的科学家们最近发现了大脑中神经递质血清素的一个新的表观基因组作用和成瘾的发展。这是新成立的神经表观基因组工程中心的科学家们发现的一个例子。

西奈山伊坎医学院(Icahn School of Medicine at Mount Sinai)成立了一个新的研究中心，致力于了解表观基因组学如何在健康和疾病条件下影响神经系统。神经表观基因组工程中心旨在显著提高西奈山在该领域的研究能力，促进新发现和开发长期寻求的各种神经和精神疾病治疗方法。扩展的领域包括染色质生物化学、化学生物学、蛋白质工程和单细胞“组学”。

“在西奈山，我们致力于破译神经系统的表观基因组密码，我们对神经表观基因组工程中心的希望是，它将是一个地方，西奈山的神经科学家可以采用最新的表观基因组概念和方法，同时与多学科专家在染色质生物学领域并肩工作。我们认为，这将创造一个环境，目前需要破译神经表观基因组密码，并将发现转化为潜在的疾病治疗，”Ian Maze博士说。

表观基因组学描述了一组调节基因和产生性状的环境之间关系的分子和化学过程。这些过程改变了遗传活动和染色质的结构，染色质是蛋白质和DNA的混合物，形成染色体，但不改变基因序列。这些过程已经被证明可以指导新生细胞的生长和发育，控制癌症和免疫细胞的活动，最近，在神经和精神疾病中发挥关键作用。

“表观基因组学的应用神经科学开始大约20年前,它已经彻底改变了我们的处理能力的基因之间复杂的相互作用,大脑和行为,新中心的成立是神经表观基因组学领域的一个里程碑。”

Maze博士对神经表观基因组学的兴趣也始于大约20年前。他上大学的时候喝醉了。这是一项研究酒精如何影响大脑的一部分。

“当时真正让我震惊的是，酒精可以如此深刻地改变动物的行为，甚至在酒精耗尽很久之后，”Maze博士说。换句话说，我觉得它肯定不仅仅是暂时改变了大脑的化学成分。就在那时，我有了一个直觉，我们应该从大脑基因中寻找线索。”

随后，他在全国各地的实验室寻找答案，进行了数百次实验，痴迷于表观基因组学和染色质生物学领域，并发表了关于大脑如何工作的颠覆性研究。

例如，从2019年到2022年，Maze实验室发表了一系列开创性的科学文章，重新定义了神经化学物质多巴胺和血清素在大脑中扮演的角色，以及这些事件如何导致可卡因和海洛因成瘾。

传统上，这些化学物质被认为在外部起作用，像信使一样将神经信号从一个细胞传递到另一个细胞。梅兹博士的团队表明，多巴胺和血清素也可以进入神经元的细胞核，并通过表观基因组学改变长期的基因活动。在最近的两篇文章中，该团队表明，通过多巴胺阻断这种新奇的行为可以抵消大鼠对可卡因和海洛因成瘾的影响。

“对神经科学家来说，这些发现完全出乎意料，改变了范式，”伊坎山西奈纳什家族神经科学系主任保罗·肯尼博士说。“研究结果揭示了大脑中神经递质一种以前未被认识的全新功能，并扩大了神经递质在成瘾过程中如何改变大脑功能的可能性。”

Maze博士做出这些和其他发现的经历，为新研究中心设定了许多目标。

“神经表观基因组学的主要挑战之一是，它仍然是一个相对未被探索的研究领域，这通常需要开发新的方法和工具，需要真正探索和理解这些不同现象的生物影响。根据我们的经验，这需要与各种专家合作，如染色质生化学家、化学生物学家和蛋白质工程师。他们独特的视角常常为创新和发现提供火花，”Maze博士说。“因此，新中心将专注于五个关键领域。我们计划将这些经验应用到各个领域的发展中。”

这五个范畴是:

1. 在活有机体内研究神经表观基因组现象的新化学方法的发展

2. 扩展西奈山的高通量能力，以同时研究大脑中不同细胞群的表观基因组机制

3. 利用前沿结构生物学和蛋白质工程策略，探索染色质在神经系统中可能发挥的作用，包括健康和疾病状态

4. 单细胞“多组学”平台的开发，以绘制全脑染色质状态

5. 利用精心设计的实时实验来评估新发现的表观遗传现象可能对神经回路和行为的作用

参考文献

Farrelly, L.A.; et al; Histone serotonylation is a permissive modification that enhances TFIID binding to H3K4me3, Nature, March 13, 2019, DOI: 10.1038%2Fs41586-019-1024-7

Lepack, A.E.; et al; Dopaminylation of histone H3 in ventral tegmental area regulates cocaine seeking, Nature, April 10, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8806

Zhao, S.; Chuh K.N.; Zhang, B.; et al; Histone H3Q5 serotonylation stabilizes H3K4 methylation and potentiates its readout, PNAS, February 9, 2021, DOI: 10.1073/pnas.2016742118

Fulton, S.L.; Mitra, S.; et al; Histone H3 dopaminylation in ventral tegmental area underlies heroin-induced transcriptional and behavioral plasticity in male rats, January 29, 2022, DOI: 10.1038/s41386-022-01279-4

# # #

---

---