表观基因组“图谱”有助于预测神经细胞损伤后再生的能力

帝国理工大学领导的一项研究为神经细胞损伤后再生能力的生物学过程提供了新的见解。

这项研究今天发表在自然神经科学，让我们对其中的原因有了新的了解神经细胞在我们的周围神经系统可以再生以下受伤而在我们的中枢神经系统(CNS)中却不能。

在映射生物过程这将基因“打开”和“关闭”(表观遗传学)，从而激活周围神经细胞为了再生，该研究确定了潜在的促进目标再生中枢神经系统的恢复。使用机器学习方法，研究结果还证明了这些特定的表观遗传标记如何用于帮助预测损伤后的再生。

表观遗传的探索

先前的研究表明，神经细胞在周围神经系统中的再生能力部分取决于基因转录的激活。这一导致新蛋白质合成的重要过程反过来又受到染色质(由DNA和蛋白质组成的大量遗传物质)在细胞中被压缩的程度的影响。当染色质被密集地填充时，基因就被封闭了分子机制激活转录过程。

在这项研究中，来自帝国理工学院迪乔瓦尼实验室的研究人员开始了解调节染色质压实的不同生物过程。研究小组集中分析了一种被称为背根神经节的神经细胞网络，这种神经细胞在中枢神经系统和周围神经系统中都有。这使得研究小组能够比较在神经细胞损伤后，哪些分子事件在两个部位被触发，哪些没有被触发。

寻找旗帜

研究结果证实，染色质在神经细胞损伤后的再生能力中起着至关重要的作用。研究小组观察到，在周围神经系统损伤后，染色质是“开放的”，并允许基因转录发生，随后导致再生。相反，在中枢神经系统中，损伤后染色质处于“锁定”状态。

研究人员发现，这种差异是由特定的表观基因组“旗帜”的存在所支撑的，这些“旗帜”可以在周围神经系统损伤后的神经细胞染色质中看到，使其不那么紧凑。相比之下，损伤后在中枢神经系统观察到的神经细胞中这些标记缺失。

研究小组还开发了机器学习算法，证明表观遗传标记在某种程度上可以预测神经细胞损伤后基因表达的变化，反过来，也可以预测神经细胞损伤后基因表达的变化神经细胞再生的能力。

下一个步骤

在评论这项研究的广泛影响时，第一作者、帝国理工学院脑科学系神经科学部门的副研究员Ilaria Palmisano博士说:“这项研究表明，如果我们想促进轴突再生，我们需要找到‘打开’染色质的工具，以促进神经元的激活基因表达成功重生所必需的。”

“在我们的研究中，我们已经确定了我们应该实现这一目标的特定基因组位置。我们提出了一些建议染色质为了实现这一目标，我们未来可能会启动监管机构。”

她补充说:“这项研究的局限性在于，它未能在单细胞水平上解决细胞对损伤反应的异质性问题。”

“这是一个需要考虑的重要方面，因为神经系统通过复杂的异构细胞网络交换信息，成功的再生需要整合多个细胞对损伤的分子反应来协调再生事件。”