為什么大腦神經元時刻在給DNA做手術

　　約翰霍普金斯的科學家們發現，神經元們都是冒險家：它們整天，利用微小的"DNA手術"來切換它們的活性。由于這些活性水平對于學習，記憶和大腦疾病都很重要，研究人員們認為，他們的發現將對一系列重要的問題有所解釋。這項研究在線發表于4月27日的Nature Neuroscience雜志上。

　　"我們過去常常認為，一旦一個細胞完全成熟了，它的DNA就是完全穩定的，包括連接到它上面的分子標記，以控制它的基因和維持細胞的身份，"約翰霍普金斯醫學院細胞工程系，神經學和神經科學教授Hongjun Song博士說。"這項研究表明，事實上，一些細胞總是在改變它們的DNA的，從而來完成其日常功能。"

　　這種DNA的改變被稱為DNA去甲基化。甲基集團是永久連接在胞嘧啶上的調節性標記，胞嘧啶即DNA4個字母表中的C。去除這些甲基集團是一個多步驟的過程，需要從形成染色體的一長串配對的"字母"上切去被標記的胞嘧啶，理想情況下，再用一段未標記的胞嘧啶所替代。因為這個過程包括切斷DNA，這會很容易使DNA突變，所以，大多數的細胞很少使用這個過程，大多只用于修改錯誤。但是，最近的這項研究表明，哺乳動物的大腦顯示出了很高的動態DNA修飾活性，比機體的任何其他部分均高，Song的研究組想知道，為什么所有這些有風險的事情會發生在這么一個脆弱的組織--大腦。

　　神經元的主要工作是，通過連接神經元的突觸，和其他的神經元交流。在每個突觸，起始神經元釋放化學信號，這些信號被在接受神經元上的受體捕獲。神經元可以通過調節它們的基因水平，來改變神經元表面的信號分子和受體的量，從而來切換神經元之間交流的量。當Song的團隊在老鼠大腦的神經元上加入各種各樣的藥物時，它們的突觸活性--它們交流的量--有相應的上升和下降。當突觸活性上升時，Tet3基因的活性也上升，這個基因是引起去甲基化的。當突觸活性下降時，Tet3 的活性也下降。

　　接下來，他們做了反向實驗，在細胞上操縱Tet3的水平。令人意外的是，當Tet3的水平上升時，突觸的活性是下降的，當Tet3 的水平下降時，突觸活性是升高的。所以，Tet3的水平是依賴于突觸活性的，還是反過來的呢？

　　其他一系列的實驗發現，神經元應對降低的Tet3水平時的變化之一是，它們突觸中的一個蛋白GluR1升高了。由于GluR1是一個化學信號分子的受體，它在突觸的大量存在是神經元切換它們突觸活性的一個方法。

　　科學家們還發現了另一種機制，神經元利用這個機制來維持相對穩定的突觸活性水平，從而對周圍的信號保持反應性。如果突觸的活性升高，Tet3的活性和被標記的胞嘧啶的堿基剪切就會增高。這將引起突觸的GluR1水平降低，反過來，GluR1水平降低會使它們總體的力量減弱，從而使突觸回到先前的活性水平。相反的情況同樣可以發生，即應對起始時降低的突觸活性水平，突觸活性水平會上升。所以，Tet3的水平對突觸活性水平有反應，突觸活性水平對Tet3水平也有回應。

　　Song說，"如果你封閉了神經活性，那么，神經元會升高它們的量來試圖回到它們的正常水平，反之亦然。但是，Tet3是必須的。"

　　Song還補充說，調節突觸活性是神經元最基本的特性。"這就是我們大腦如何形成包含信息的回路的。"由于這種突觸的靈活性似乎需要通過適度風險的DNA手術來起作用，Song懷疑，一些大腦疾病是否可能是因為神經元喪失了在堿基切除后，正確的修復能力。他認為這項研究使我們向謎底更近了一步。