Nature重要论文：大型基因表达图谱

　　

生物通报道  来自艾伦脑科学研究所的科学家们在最新出版的《自然》（Nature）杂志上报告称证实人类大脑具有一致的遗传蓝图，且拥有巨大的生物化学复杂性。这些研究结果来自于对“艾伦人脑图谱库”(Allen Human Brain Atlas)公开提供的大量数据集的首次深入大规模分析。

这项研究的结果是基于对“艾伦人脑图谱库”的广泛分析，尤其对整个人类大脑起作用的基因进行了详细的全基因、全结构调查。这一数据集采用微点阵技术绘制了每个脑半球400-500个不同的脑区域，包含了迄今为止覆盖三个个体人脑超过100万个基因表达测量。在其他的研究结果中，这些数据表明84%的所有基因以一个个大脑基本相似的模式表达于人类大脑的某处。

论文的共同主要作者、艾伦脑科学研究所的副研究员Ed Lein 博士说：“这项研究证实了对整个大脑的基因表达进行全面分析的价值，对于了解大脑功能、发育、进化和疾病具有意义。这些结果只触及了可从这些巨大数据集中获取事物的表面。我们期待看到别人将获得什么样的发现。”

主要调查结果

这项研究的结果表明，尽管整个人群中可看到无数不同的个性和认知才能，我们的大脑彼此之间相似多于差异。个体人类大脑拥有相同的基本分子蓝图，更深入地分析这些共同的结构揭示了几个进一步的研究发现：

• 大脑皮层的周边区域相比更远的大脑区域相互更相似，这对于了解生命及整个进化过程中的人类大脑发育具有意义。

• 左右脑半球在分子结构上显示无显著差异。这表明诸如语言等通常是由一侧大脑处理的功能有可能由于脑半球间更微细的差异或在大小或回路上的结构变异所致，并非更深的分子基础。

• 尽管控制了从视觉感知、计划到解决问题等各种各样的功能，皮层相对于其他的大脑区域是高度同质的。这表明整个皮层利用的是相同的功能元件，且详细了解一个区域的运作机制也将揭示出应用于其他区域的原理。

• 除了这样的全面调查结果，这项研究还提供了关于分子水平上大脑详细内部运作的新见解——疾病发生和治疗药物起效均在该水平上。

• 84%的所有基因在人类大脑某处表达或开启

• 许多从前未确定特征的基因在特异的大脑区域被开启，并与已知的功能基因群定位在一起，表明它们在特殊的大脑功能中起作用。

• 突触相关基因——这些与大脑中细胞间通讯机器相关的基因——在整个大脑以复杂的组合部署，揭示了各种各样的突触类型和独特的区域差异有可能是大脑区域间功能性差别的基础。

文章的共同作者、爱丁堡大学分子神经科学教授Seth Grant说：“我们在人类大脑中看到的巨大的多样性是相当惊人的。突触基因突变与许多大脑相关的疾病相关联，因此了解突触多样性和大脑中的组构是了解这些疾病，并开发出特异有效疗法的一个关键步骤。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

An anatomically comprehensive atlas of the adult human brain transcriptome

Neuroanatomically precise, genome-wide maps of transcript distributions are critical resources to complement genomic sequence data and to correlate functional and genetic brain architecture. Here we describe the generation and analysis of a transcriptional atlas of the adult human brain, comprising extensive histological analysis and comprehensive microarray profiling of ~900 neuroanatomically precise subdivisions in two individuals. Transcriptional regulation varies enormously by anatomical location, with different regions and their constituent cell types displaying robust molecular signatures that are highly conserved between individuals. Analysis of differential gene expression and gene co-expression relationships demonstrates that brain-wide variation strongly reflects the distributions of major cell classes such as neurons, oligodendrocytes, astrocytes and microglia. Local neighbourhood relationships between fine anatomical subdivisions are associated with discrete neuronal subtypes and genes involved with synaptic transmission. The neocortex displays a relatively homogeneous transcriptional pattern, but with distinct features associated selectively with primary sensorimotor cortices and with enriched frontal lobe expression. Notably, the spatial topography of the neocortex is strongly reflected in its molecular topography—the closer two cortical regions, the more similar their transcriptomes. This freely accessible online data resource forms a high-resolution transcriptional baseline for neurogenetic studies of normal and abnormal human brain function.