Nature：跨國研究最新發現5羥色胺可以指導基因表達！

　　根據西奈山醫學院的神經科學家3月13日發表在Nature雜志上的研究，腦化學物5-羥色胺（serotonin），這種以在大腦神經元之間傳遞信號而聞名的神經遞質，居然也可以以意想不到的方式調節神經元內基因表達。這一發現可能有助于科學家更好地了解各種大腦疾病，包括情緒障礙、藥物濫用/成癮和神經退行性疾病。

　　“我們的研究結果與當前的認識有著顯著的不同，這一認識主要是基于這樣一個前提：神經遞質，如5-羥色胺和多巴胺，只通過激活大腦中的膜受體來調節腦細胞的活動。”西奈山伊坎醫學院神經科學和藥理學助理教授，論文通訊作者Ian Maze博士說。“我們發現這些腦化學物質的行為獨立于神經傳遞，但對它們的整體信號至關重要，這表明我們目前對這些分子的理解是不完整的，需要進一步研究。”

　　這項研究圍繞著DNA及其如何形成每個人的個體生物學圖譜展開。身體中的每一個細胞都含有兩米長的DNA，這是身體中所有細胞所有功能的設計圖。DNA纏繞在組蛋白（將DNA包裹在細胞核中的蛋白質，并極易發生化學修飾，有助于調控基因表達）上，形成稱為核小體的結構。當編碼特定基因的DNA緊緊纏繞在組蛋白上時，該基因不太可能被表達。當基因沒有那么緊密的纏繞時，它更有可能被表達。這會影響特定細胞的許多功能。

　　5-羥色胺是一種能在大腦神經元之間傳遞信號的化學物質，參與情緒的調節。選擇性5-羥色胺再吸收抑制劑SSRIs，改變大腦中5-羥色胺的含量，會改變情緒。當神經元釋放少量的5-羥色胺時，所產生的信號會在大腦不同部位之間建立起一種連鎖反應。

　　研究小組發現，一種叫做組織轉谷氨酰胺酶2的蛋白質可以直接將5-羥色胺分子附著到組蛋白上（叫做組蛋白5-羥色胺化），而這一過程會松開DNA與組蛋白的結合，使基因表達更加強勁。具體來說，他們發現在嚙齒動物大腦和人類神經元的發育過程中，5-羥色胺釋放的組蛋白附近的基因更有可能被表達。實驗還表明，一個特定的結合復合體可以實現這個過程。

　　“偶然發現5-羥色胺可以通過化學方式與細胞核內的組蛋白結合來調節基因表達，這引發了許多令人興奮的問題，其中大部分問題尚未得到解答，”Maze博士說。“雖然這一新發現提出了一系列需要通過更多研究來回答的新問題，但很明顯，這項工作將從根本上改變該領域解釋5-羥色胺生物活性的方式，可能還有其他單胺類，這些現象可能為我們對人類疾病的理解有重大貢獻，并為治療提供新的目標。”

　　要回答的一些令人興奮的問題包括：5-羥色胺的基因表達調控，除了5-羥色胺的神經傳遞，是否也在情緒調節中起到作用？這一新知識是否可以用來開發更好的藥物來治療抑郁癥或其他情緒障礙？它的其它方式會如何影響大腦？一種相關的神經遞質，如多巴胺，在物質使用障礙（使用精神活性物質導致的任何精神障礙）中有重要作用，是否也能與組蛋白結合來調節大腦中的基因表達？

　　這些問題以及許多其他與組蛋白和非組蛋白在大腦中5-羥色胺化（更廣泛地說，蛋白質單胺化，化學附著的附加單胺類神經遞質，如多巴胺、組胺等）后的功能問題，目前正在Maze博士的實驗室以及該項目的合作者的實驗室中進行研究。這項研究正在逐漸揭示這些新的化學“標記”在大腦正常發育調節中以及與精神疾病相關的病理性沉淀中的多樣性和關鍵性。

　　來自普林斯頓大學、清華大學、賓夕法尼亞大學、索爾克生物科學研究所、洛克菲勒大學和馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心的研究人員對這項研究做出了貢獻。