哥伦比亚科学家已经鉴定出一种基因，该基因可使释放5-羟色胺(调节情绪和情绪的神经递质)的神经元均匀分布在整个大脑中。没有这个基因，这些神经元分支就会纠缠在一起，导致5-羟色胺的随意分布，并在小鼠中产生抑郁的迹象。这些发现揭示了精确的神经元连线对整体大脑健康至关重要，同时也揭示了研究与血清素失衡相关的精神疾病(如抑郁症，双相情感障碍，精神分裂症和自闭症)的有希望的新领域。

哥伦比亚大学首席研究员汤姆·马尼亚蒂斯(Tom Maniatis)博士说：“通过精确定位指导神经元组织的基因，我们可以在这些基因的变化与可能发生的细胞，电路和行为缺陷之间划清界限。”莫蒂默·B·祖克曼(Mertimer B. Zuckerman)大脑行为研究所，伊西多尔·S·爱德曼(Isidore S. Edelman)教授，哥伦比亚大学医学中心生物化学与分子生物物理学系主任以及该研究的资深作者。

如今的研究是Maniatis博士，他的实验室和整个哥伦比亚的合作者共同努力的结果，他们了解大脑中的各个神经元如何“彼此见面”，以及它们数百个甚至数千个分支中的每一个如何缠绕大脑不会一路纠结。

为了研究这个问题，Maniatis博士及其团队研究了一组称为簇状原钙粘蛋白或Pcdhs的基因。十多年前，Maniatis博士的实验室发现了人类Pcdh基因簇，后来Maniatis等人进行的研究表明，这些基因编码细胞表面“条形码”，单个神经元可以通过该条形码将自己与其他神经元区分开。

随后，与祖克曼研究所结构生物学家Barry Honig博士和Larry Shapiro博士的合作研究揭示了Pcdh代码在细胞表面组装的精确机制，以及当神经元接触时如何“读取”该代码。彼此。这使神经元可以通过识别并避免其自身的分支来防止纠缠，这一过程称为自我回避。

在今天发表在《科学》杂志上的两篇论文中，Maniatis博士及其团队研究了Pcdhs在嗅觉感觉神经元(产生嗅觉)和血清素能神经元(产生并释放5-羟色胺)中的功能。嗅觉感觉神经元(OSN)研究表明，Pcdhs的多样性共同作用产生了细胞包被分子的必要组合，从而为每个神经元提供了独特的身份。在缺乏多样性的情况下，OSN无法在大脑中正确布线，而小鼠也无法区分不同的气味。

血清素能神经元研究揭示了Pcdhs的另一个重要功能。

“这些神经元的主要工作是将5-羟色胺均匀分布在整个大脑中，这是维持情绪平衡的原因，”也是哥伦比亚精密医学计划负责人的Maniatis博士说。“为此，神经元以精确，均匀间隔的模式排列其分支，这一过程称为轴突平铺。但是，允许它们执行此操作的确切机制仍然难以捉摸。”

在小鼠的一系列实验中，Maniatis博士的研究小组在Pcdh簇中找到了一个称为Pcdh-alpha-c2的基因，该基因负责血清素能神经元在整个大脑中组装成平铺模式的能力。均匀地分配5-羟色胺。

Maniatis博士说：“我们惊讶地发现，与其他神经元显示不同的Pcdhs的条形码不同，所有血清素能神经元都显示一种功能识别蛋白。”“因此，血清素能性轴突分支可以相互识别和排斥，从而使它们的间距均匀。”