西交利物浦大学数学专家探索破解大脑遗传密码

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人的大脑是已知宇宙中最复杂的机体构造。西交利物浦大学的一名应用数学家,同时也作为国际研究团队的一员,试图通过大脑功能去破解遗传密码。

西交利物浦大学数学科学系Pascal Grange 博士,对一项发布在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上的重要研究进行计算分析,他的分析基于艾伦人脑图谱库公开提供的大脑“基因表达”数据。

我们身体里的每一个细胞包括脑细胞,就像是小型化学工厂,生产特定蛋白质混合物。这一过程就称作基因表达模式。这些蛋白质的表达是受基因控制的,换而言之,基因控制蛋白质编码。

在过去的10年中, 艾伦人脑图谱库绘制出实验鼠大脑基因图和六个人类大脑基因图谱,以此来确定约20,000个基因的表达方式。这是首批涵盖了人类和鼠的大脑和所有染色组的数据。

这项研究旨在探究大脑基因表达模式是否稳定,通过比较鼠的大脑和人的大脑,去探究人类大脑基因表达模式是否稳定。

这项研究是基于去年Grange博士与艾伦脑科研究所合作的一项研究,通过基因有关数据构建数学模型,以此划分大脑区域。

Grange博士介绍说,“我们试图去思考一些问题,能否辨别出哪些基因能在人体内稳定地表达?哪些是从小鼠模型转移到人体内却依旧稳定表达的基因?我们用了大约20,000个基因作为样本计算了数据的相关系数,由此来确认不同的基因表达稳定度,同时根据跨种族的基因表达模式的一致程度给基因排序。”

这项研究表明,不是所有的基因表达模式在人和鼠、以及人和人研究模型的基因传递过程中都能被高度复制。

然而,这次研究并没有包括32组跟临床研究有关高度稳定基因表达的基因。事实上,最稳定的基因表达模式是表现在神经元,这种导电的脑细胞中。这意味着老鼠的模型对自闭症、老年痴呆症、精神分裂症等神经性疾病的临床研究更有成效和价值。

这些稳定的基因表达模式提供了一个新的视角去探索是什么使人类大脑不同于其他的系统,这也提供了探究新的治疗方法的机会。

除此之外,这项研究还说明了随着现代生物图像处理技术的发展,推动了微观生物学的研究。比如说,论文通过对一组基因的共有特征的确认使2000年前发现的部分脑部特点更为显著。(详细请见下图)

“小脑是小型褶皱结构,它位于人及老鼠大脑半球后方。第一次发现小脑的存在是在公元前4世纪, 解剖动物过程中。至今我们还在谈论这同样的结构,只是更多的从微观角度。我们拥有一系列的基因,可以验证小鼠和人类基因表达的不同的稳定度,同时也利用数据来划分大脑不同区域。”Grange博士表示。

Grange博士的研究工作还获得西交利物浦大学科研发展基金资助和支持。在中国及世界范围内,医疗领域都取得了巨大的发展,Grange博士这项研究工作是学校数学科学系在科技领域探索的众多研究中的一部分。

“随着计算能力不断提高,数学研究进展很顺利,” Grange博士说,“数学工具帮助研究人员去解决复杂的问题,进行跨学科对话,从而致力于推动各种研究活动包括这项对人类发展和医疗发展有着重大意义的研究。”

《自然神经科学》是自然出版集团出版每月发行的科学期刊,同时它也是一本综合学科期刊,出版了很多对神经科学研究有重大意义的论文。

Tagged as: 健康与科学 科研

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