是什么讓我們區(qū)別于其他動(dòng)物成為人類?人腦與其他動(dòng)物的大腦區(qū)別在哪兒?這些都是神經(jīng)科學(xué)中非常有趣的問題。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，人類基因組中有3000多個(gè)區(qū)域不同于任何其他哺乳動(dòng)物(包括與人類最親近的靈長類)。近日，一項(xiàng)發(fā)表于《神經(jīng)元》的研究證實(shí)，近一半的被稱作人類加速進(jìn)化區(qū)(HAR)的基因組在改寫人類大腦發(fā)育的過程中發(fā)揮了重要作用，為人類進(jìn)化的遺傳基礎(chǔ)研究提供了重要見解。
HAR是一組DNA片段，它們在除人類外的其他哺乳動(dòng)物身上幾乎相同，這意味著人類的進(jìn)化改變了這些DNA片段。
為了系統(tǒng)地確定此前發(fā)現(xiàn)的3171個(gè)HAR中哪一個(gè)最有可能在人類近期大腦皮層進(jìn)化中起作用，研究人員檢查了在人類和小鼠多種細(xì)胞類型與組織中，這些HAR區(qū)域調(diào)節(jié)基因的作用。
“我們知道許多HAR可能作為大腦中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)器而發(fā)揮作用，但我們對它們在哪種類型的細(xì)胞中工作、在人類生命中何時(shí)何地發(fā)揮作用知之甚少。”論文第一作者、美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Ellen DeGennaro說，“我們的目標(biāo)是填補(bǔ)關(guān)于哪些HAR在大腦中起重要作用以及如何起作用的知識(shí)空白，以便研究人員進(jìn)行更深入的檢測。”
為了克服早期研究方法的局限性，研究論文通訊作者、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Christopher Walsh和同事開發(fā)了一種名為CaptureMPRA的新方法。該方法利用分子條形碼倒置探針捕獲目標(biāo)序列(HAR及其周圍DNA)。通過研究，研究小組確定了210種HAR，它們顯著增強(qiáng)了人類神經(jīng)細(xì)胞中的基因活性。這些HAR可能影響人類大腦發(fā)育。
研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)名為PPP1R17的受幾種HAR調(diào)節(jié)的基因，它在發(fā)育中大腦的一些細(xì)胞中表達(dá)。
研究人員比較了小鼠、雪貂、恒河猴和人類發(fā)育中大腦PPP1R17的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在恒河猴和人類身上，該基因在大腦皮層中表達(dá)，但在小鼠和雪貂身上沒有表達(dá)。
該發(fā)現(xiàn)表明，在非靈長類動(dòng)物和靈長類動(dòng)物之間，以及非人靈長類動(dòng)物和人類之間，PPP1R17存在的細(xì)胞類型和發(fā)育表達(dá)模式都發(fā)生了快速變化。
研究人員表示，PPP1R17在人類中的獨(dú)特變化，可能與人類異常大的大腦有關(guān)。較大的大腦由大量細(xì)胞組成，每個(gè)細(xì)胞都可能含有有害突變，修復(fù)這些突變需要時(shí)間，PPP1R17在細(xì)胞周期中減慢了神經(jīng)祖細(xì)胞的發(fā)育進(jìn)程，有助于消除有害突變。(徐銳)
關(guān)鍵詞： 人類基因進(jìn)化加速器 大腦發(fā)育 人腦 哺乳動(dòng)物
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