Interneurons是专门位于中枢神经系统中的神经元，能够实现不同神经元之间的通信
学分:国家儿童健康和人类研究所麦克拜恩实验室 在我们的大脑中生活着无数支持复杂人类思维的细胞类型——从我们做出记忆和决定的能力，到我们嗅觉、味觉、运动和交流的能力
科学家们还没有完全理解这种关键的细胞多样性是如何随着大脑的生长和发育而产生的
现在，麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所以及熨斗研究所的研究人员已经展示了大脑皮层中的两种关键细胞类型是如何从小鼠的单一祖细胞中产生的
在布罗德斯坦利精神病学研究中心的凯瑟琳·阿拉维、奥利·瓦平斯基和戈尔德·菲舍尔以及弗拉铁研究所的马里亚诺·加比托和理查德·博诺的领导下，研究人员发现了允许这两个中间神经元群体发展不同身份的遗传和分子因素
发表在《自然》杂志上的这一发现可以为研究大脑中细胞多样性的出现提供一个模型
因为许多神经发育和精神疾病影响不同的细胞类型，包括中间神经元，作者说，他们的工作也可以帮助研究人员更好地理解这些疾病是如何发生的
该团队开发的方法还可以帮助科学家研究疾病相关的基因突变对大脑中各种细胞类型的影响
布罗德研究所成员、哈佛医学院神经生物学教授菲舍尔说:“神经科学未来的一部分将是创造工具，我们可以用这些工具来纠正非常特定的细胞类型的活动。”
“迈向这些工具的重要一步是我们在这项研究中所做的:获得关于单个细胞类型的更详细的知识
" 抑制性节间 中间神经元是专门位于中枢神经系统的神经元，在形状、连接性和功能上比大脑前部的任何其他类型的细胞都更加多样化
两种最突出的中间神经元是细小白蛋白阳性细胞和生长抑素阳性细胞
在成年人中，这些细胞的差异再大不过了
虽然这两种细胞都是抑制性细胞——它们停止或减缓神经元的放电——但PV和SST细胞以不同的方式做到这一点
光伏电池起着一种否决的作用，完全停止一个信号，而SST电池微调神经元通信，允许一些信号通过，同时停止其他信号
费希尔的团队从之前的工作中了解到，尽管光伏电池和太阳能电池有所不同，但它们来自同一种电池类型
为了确定哪些因素可能影响细胞分化的方式和时间，研究人员使用了一种结合了核糖核酸测序和一种叫做转座酶可及染色质分析的技术来分析这两种细胞类型。核糖核酸测序提供了基因如何表达的信息
ATAC序列揭示了染色质的哪些部分——细胞核中紧密缠绕的脱氧核糖核酸和蛋白质包——可以被细胞的蛋白质制造机器所利用
“当你把这两个数据集放在一起时，它是一个非常丰富的数据来源，可以为基因调控建立惊人的计算模型，”研究的第一作者之一、研究进行时在费希尔实验室的研究生凯瑟琳·阿拉维说
利用这些数据，研究人员绘制了地图，显示了分子调节剂——如脱氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白质的复合物——是如何相互连接以控制小鼠PV和SST细胞中的基因表达的
费希尔的团队与弗拉铁研究所的理查德·博诺合作，通过计算模拟了这些基因调控网络
“我们绝对有幸与能够利用这些复杂数据的计算科学家合作，”费希尔说
“我们非常自豪，非常非常高兴能在这里看到生物学从实验科学过渡到背后有真正理论的领域的早期阶段
" 评估模型 通过比较出生前后不同时间点的基因调控网络，研究小组发现，当这两种中间神经元类型在早期发育中停止迁移并在皮层中定居时，它们就会发生分化
他们发现，某些被称为转录因子的蛋白质有助于调节基因活性，它们在两种细胞类型中是共有的，但在指导这两种细胞类型的发育方面起着不同的作用
这表明染色质结构通过控制哪些转录因子可以进入DNA来调节基因表达，在维持细胞的最终命运中起着重要作用
利用他们的计算模型，菲谢尔的团队能够预测某些基因对细胞类型发育的影响
特别是，他们发现在一种严重的自闭症中突变的Mef2c基因参与了PV和SST细胞中染色质的塑造，但对PV细胞尤其重要
当研究小组在实验室中禁用细胞中的Mef2c时，他们证实他们的模型准确预测了SST和PV细胞中80%的由Mef2c调节的分子靶标
菲谢尔说，他们模型的准确性表明，该团队的方法可以用来在进行实验之前快速预测基因突变对其他细胞类型的影响
有了这种洞察力，研究人员最终可以开发工具，靶向特定细胞类型的基因表达，并恢复可能在特定神经发育或精神疾病中出现异常的细胞的正常活动
接下来，研究人员将致力于了解除转录因子之外的其他蛋白质，如染色质修饰剂，如何影响不同细胞中的基因表达
“10年后，我们将使用非常强大的计算，以及非常强大的脱氧核糖核酸和核糖核酸来模拟基因如何在细胞水平上影响我们的大脑功能，”费希尔说
“那是一个圣杯
我们还没有做到这一点，但这确实朝着预测基因缺失如何影响大脑功能的方向迈出了一大步
"
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