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根據10月30日發表在《自然》雜誌上的一項研究，從基因組中的一個位置跳到另一個位置的移動DNA分子可能導致神經系統疾病，並可能對正常的大腦功能和行為產生微妙的影響。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
逆轉座子是移動的遺傳元件，它使用複製貼上機制在整個基因組中插入自己的額外副本。它們大約在60年前首次在植物中被發現，現在已知佔整個人類基因組的40％以上，並且可能在基因組進化中起重要作用（pdf）。
來自蘇格蘭愛丁堡的羅斯林研究所的研究人員，首次全面繪製了正常人腦細胞基因組中逆轉座子的插入位點。
他們使用了最先進的DNA測序技術，來篩選死後從三名生前健康且腦組織中沒有神經系統疾病或異常跡象的個體身上採集的組織樣本中的逆轉座子。他們專注於兩個大腦區域——海馬體和尾狀核——確定了三個主要逆轉座子家族的近25,000個不同位點。
他們的分析確定了L1家族的7,700多個插入位點，L1是研究最充分的逆轉座子家族，已知它在大腦細胞中活躍。他們還發現了Alu家族的近14,000個插入位點，而這在之前從未在大腦中報道過。
資深作者傑弗裡·福克納說：“每個樣本都有自己獨特的一套逆轉座子轉位事件。”“逆轉座子優先整合到大腦中表達的基因中。我們認為這些基因更容易受到影響，因為它們的DNA以可訪問的方式包裝。”
許多插入位點位於在正常大腦功能中起關鍵作用的基因中。這些基因包括編碼神經遞質多巴胺受體的基因，以及在訊號傳遞完成後，從神經元之間的空間中清除神經遞質分子的膜轉運蛋白的基因。一些插入位點位於腫瘤抑制基因中，已知這些基因在幾種不同型別的大腦癌中被刪除。另一些插入位點則位於編碼與精神疾病（如精神分裂症和發育障礙史密斯-馬吉尼斯綜合徵）相關的調節蛋白的基因中。
研究人員還發現，海馬體中的跳躍基因活動遠多於尾狀核。這很有趣，因為已知海馬體對於學習和記憶至關重要，並且被廣泛認為是少數幾個在整個生命週期中持續產生新細胞的大腦區域之一。福克納說：“人們很容易推測，單個神經元之間的遺傳差異可能會影響記憶，但我們目前還沒有證據表明情況如此。”
逆轉座子通常會被沉默，以防止有害突變發生在卵細胞和精子細胞中，但在大腦發育的某些階段（當神經元由分裂的幹細胞產生時）會被啟用。然後，逆轉座子會趁機隨機跳入為DNA複製而開放的染色體部分。
逆轉座子不僅可以透過插入自身並破壞基因來產生突變，如果插入到DNA的相鄰調節區域，還可以改變基因活性。但是福克納說，它們的影響不一定是壞的：“逆轉座子轉位完全有可能是件好事，但有時會導致疾病。”
曾經被認為很少見的這些事件實際上發生的頻率高得驚人。根據最近的一項估計，它們發生在許多或大多數腦細胞中，每個細胞內可能有數百次。每個神經元都可能受到獨特的插入組合的影響，從而導致細胞群體內的遺傳變異。
這種“基因組可塑性”的全部意義尚不清楚，但作者認為它可能會影響大腦發育和行為。例如，它可能部分解釋了同卵雙胞胎之間大腦結構和行為的差異，甚至可能透過微妙地影響隨著經驗發生變化的神經細胞連線來影響思維過程。
福克納及其同事現在正在計劃另一項樣本量更大的研究。“我們想了解健康人群中這種現象的變異程度，評估逆轉座子轉位頻率與腦腫瘤形成之間是否存在關聯，以及它在阿爾茨海默病中是增加還是減少。”