宋紅軍，明國麗Nature子刊發布大腦表觀遺傳學重要圖譜

表觀遺傳修飾的重要性越來越被人們所認識，但在人類大腦中的作用並不是很清楚，實際上在胚胎和成人大腦中，神經幹細胞增殖並通過一些受到高度調控的過程生成神經元和神經膠質，包括DNA和組蛋白修飾以及非編碼RNAs調控在內的表觀遺傳學機制在神經發生的不同階段發揮至關重要的作用。另一方面異常的表觀遺傳調控也會導致各種腦疾病發生。

近期來自約翰霍普金斯大學醫學院的宋紅軍（Hongjun Song）教授領導的研究組發布了最新成果：通過分析成體小鼠神經元活性與染色質可及性（）變化之間的關聯，構建了新的大腦表觀遺傳學重要圖譜，這揭示了成體哺乳動物大腦中的染色體可及性的動態變化機制，並提出了一種表觀遺傳學機制，解釋了瞬間神經元激活如何通過改變染色質可及性來引起基因表達的動態變化。

這一研究成果公布在2月6日的Nature Neuroscience雜誌上，文章通訊作者為宋紅軍教授，其他研究人員包括明國麗（Guo-Li Ming）教授等人，這兩位學者是一對華人夫妻，共同在神經科學領域取得了許多重要的成就，聯合署名發表在Cell、PNAS、Nat Neurosci等國際權威學術期刊上。

染色質是真核DNA的存在方式，可以通過影響DNA的可及性來調節基因轉錄。研究表明神經元活性誘導基因表達能調節神經系統的功能和可塑性，但是至今科學家們仍不清楚神經元活性在哪種程度上會導致染色質可及性發生變化，染色質可及性正是基因表達表觀遺傳調節的一種主要模式。

在最新這篇文章中，研究人員利用ATAC-seq測序方法，通過轉座酶易接近染色質比對了成體小鼠齒狀顆粒細胞神經元（）在體內發生同步神經元激活前後染色質可及性的變化，繪製出了新的大腦表觀遺傳學重要圖譜。

ATAC-seq測序方法是斯坦福大學的Howard Chang研究組2013年開發的一種利用高通量測序檢測轉座酶易接近的染色質的技術，在ATAC-seq技術中，DNA標記(作為轉座子發揮作用)通過酶促反應被整合到基因組的開放區域，然後通過測序，用來鑒定這些區域。

通過利用這一技術，研究人員發現了激活後1小時的全基因組變化，比如在活性增強子區域和AP1複合物（c-Fos）結合位點上出現了富集開放位點，有一些改變能持續至少24小時。研究人員還進行了功能分析，進一步發現了c-Fos在啟動，而不是維持神經元活性誘導染色質開放方面的關鍵作用。

這項研究揭示了成體哺乳動物大腦中的染色體可及性的動態變化機制，並提出了一種表觀遺傳學機制，解釋了瞬間神經元激活如何通過改變染色質可及性來引起基因表達的動態變化。

(明國麗(中),宋紅軍(右)與他們的孩子)

此前，宋紅軍，明國麗等人還在Nature Reviews Neuroscience雜誌上發表綜述，介紹了在認識神經發生中表觀遺傳機制和其在腦疾病中異常調控方面取得的進展，包括對新發現的DNA胞嘧啶修飾進行了探討。他們還簡略地論及了新興的表觀轉錄組學（Epitransc riptomics）領域，這涉及mRNAs和長鏈非編碼RNAs的修飾。

來源：生物通

原文摘要：

Neuronal activity modifies the chromatin accessibility landscape in the adult brainNeuronal activity-induced gene ex pression modulates the function and plasticity of the nervous system. It is unknown whether and to what extent neuronal activity may trigger changes in chromatin accessibility, a major mode of epigenetic regulation of gene ex pression. Here we compared chromatin accessibility landscapes of adult mouse dentate granule neurons in vivo before and after synchronous neuronal activation using an assay for transposase-accessible chromatin using sequencing (ATAC-seq). We found genome-wide changes 1 h after activation, with enrichment of gained-open sites at active enhancer regions and at binding sites for AP1-complex components, including c-Fos. Some changes remained stable for at least 24 h. Functional analysis further implicates a critical role of c-Fos in initiating, but not maintaining, neuronal activity-induced chromatin opening. Our results reveal dynamic changes of chromatin accessibility in adult mammalian brains and suggest an epigenetic mechanism by which transient neuronal activation leads to dynamic changes in gene ex pression via modifying chromatin accessibility.