神經元的你、我、他？─以甲基化對額葉皮層進行對神經元的分類

人類大腦有數百億個神經元，其中神經元究竟有多少種，各扮演著什麼樣的角色，一直是神經科學未解的重要課題。自Caja等人藉由顯微鏡繪製了大量的神經元開始，神經元的外形(morphology)便成了其中一個重要的分類依據─如錐狀細胞便是因為其細胞本體形狀似三角錐而得。然而僅用細胞幾何特徵無法精確地描述複雜的神經元，來自Salk和UCSD的科學家們將分類方法錨定在其分子特徵，他們以DNA序列上的甲基化模式將人類和小鼠的額葉神經元進行分類。結果發表於2017年8月的科學(Science)上。

表觀基因學或稱外基因學(Epigenetics)，關注的是有別於改變基因序列，藉由修飾基因密碼或是組蛋白的分子基團而影響基因的表現。其中最常見的便是DNA上C密碼子的甲基化(Methylation)以及組蛋白(Histone)上的乙醯化(Acetylation)，哺乳動物有70%相鄰且在G密碼子之前的密碼子C都被甲基化，被甲基化後基因的表現便會被抑制。甲基化對於DNA的調控很重要，因此若能以甲基化分類神經，將有助於我們更了解神經元彼此間為何不同，進而更了解大腦的微觀世界是如何運作的。本篇共同作者Margarita Behrens便指出，藉由甲基化我們便可了解為何在同樣腦區且形狀非常相似的神經元會有不同的行為。

在本研究中，研究團隊發展出snmC-seq以偵測甲基化的位置與數量，他們假設甲基化高的區域基因表現量低，並用此和神經原有的特徵蛋白(marker)進行印證，藉此確認方法的可信度。接著分析皮質神經元，在甲基化程度變異高的區域(Differentially methylated Region, DMR)，以階層化分群的方法(hierarchical clustering)，可有效對神經元進行分群。結果顯示，在皮質深層(第五層和第六層)的興奮性神經元的生物變異性較高，在小鼠中共有7種，而在人類中有10種。而在表層則各只有一種。而抑制性神經元則有較高度的演化保守性。總括來說，小鼠額葉皮質神經元有16種亞型，人類的有21種亞型，其中含有之前並未發現過的亞型，為神經元的多樣性提供了重要的洞見！

雖然最終的結果如論文內提到的，仍有待結構以及生理上等實驗進一步驗證，然而，在未來是可預見應用在疾病以及認知功能失調等的研究上，有機會進一步輔助找出疾病的致病機轉！

原始論文：
Chongyuan Luo, et al; Single-cell methylomes identify neuronal subtypes and regulatory elements in mammalian cortex. Science (2017)

參考文章：
https://reliawire.com/methylomes-neural-subtypes/

撰稿：強敬哲 C.C. Charng