科技日報(bào)記者 趙漢斌
記者6日從昆明理工大學(xué)靈長類轉(zhuǎn)化研究院獲悉，該院李天晴教授、牛昱宇教授和季維智院士領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在《科學(xué)·進(jìn)展》雜志上以長文形式發(fā)表論文，首次發(fā)現(xiàn)靈長類大腦發(fā)育的過程中存在第三類基因BRN2。此項(xiàng)研究為靈長類的大腦發(fā)育提供了一種新的理論機(jī)制。
在大腦發(fā)育過程中，靈長類和嚙齒類的基因數(shù)目相近，然而，靈長類卻具有高度進(jìn)化和擴(kuò)張的大腦。靈長類大腦在發(fā)育過程中如何在不增加基因數(shù)目的前提下實(shí)現(xiàn)進(jìn)化性擴(kuò)張是腦科學(xué)研究中的關(guān)鍵問題之一。由于存在一些序列高度保守的基因在嚙齒類和靈長類上具有不同的功能，從而無法通過嚙齒類動物研究發(fā)現(xiàn)，使其該基因的發(fā)現(xiàn)變得極為困難。而此類基因的揭示，不僅能促進(jìn)人們對靈長類大腦特有發(fā)育機(jī)制的理解，還能為神經(jīng)系統(tǒng)各種疾病的治療提供重要的理論基礎(chǔ)。
BRN2調(diào)控靈長類胎兒大腦發(fā)育機(jī)制示意圖。 昆明理工大學(xué)靈長類轉(zhuǎn)化研究院供圖
在小鼠中，BRN2表達(dá)于胎兒的神經(jīng)前體細(xì)胞和皮層神經(jīng)元中，基因的敲除并不影響小鼠大腦的神經(jīng)發(fā)育，小鼠能健康出生。研究人員發(fā)現(xiàn)，該基因特異地表達(dá)在食蟹猴胎兒早期腹側(cè)端腦的神經(jīng)前體細(xì)胞，明顯早于小鼠上的表達(dá)。通過對不同發(fā)育階段猴胎兒腦的分析顯示，該基因的表達(dá)與猴側(cè)腦室神經(jīng)干細(xì)胞的增值和擴(kuò)張緊密相關(guān)。通過對基因敲除猴的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)該基因缺乏將導(dǎo)致神經(jīng)前體細(xì)胞提前分化為中間神經(jīng)元，引起中間神經(jīng)元的發(fā)育異常。
同時，BRN2也是第一個鑒定的對靈長類中間神經(jīng)元起到特異調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子。利用人多能干細(xì)胞分化產(chǎn)生的腦類器官，研究人員驗(yàn)證了該基因的功能在人類神經(jīng)前體細(xì)胞中與猴子神經(jīng)前體細(xì)胞具有高度的保守性。分子機(jī)制也揭示其直接調(diào)控其他基因影響靈長類的神經(jīng)發(fā)育。
研究發(fā)現(xiàn)，該基因在靈長類和小鼠大腦上具有明顯的功能差異，揭示了靈長類大腦發(fā)育進(jìn)化過程中，存在第三類保守的基因，由于表達(dá)的時空差異性，在靈長類大腦發(fā)育過程中產(chǎn)生了新的功能。此項(xiàng)研究，也提示利用靈長類動物開展靈長類腦發(fā)育的重要性。
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