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科学家绘出人脑进化“开关”调控图

美国耶鲁大学医学院和科维理神经科学研究所合作的一项最新研究表明,在人类大脑皮层的进化过程中,在已知的DNA调控因子区,有数千个基因“暗”开关被打开和增强,这些启动因子和增强因子驱动了大脑皮层中与自觉思考和语言相关的脑区的基因表达。相关论文发表在近期的《科学》杂志上。

据每日科学网站报道,人类诸多基因与其它灵长类动物非常相似,这表明除了基因本身的变化以外,其变化方式也是受控的,正是这一点把人类和其它动物区分开来。与恒河猴和小鼠相比,这种差异或许解释了人脑的某些结构和功能为何如此独特。一些潜在地受这些调控因子引导的生理过程,对人脑的发育至关重要。

科维理神经科学研究所研究员、遗传学副教授詹姆斯?努南说:“构造一个更复杂的大脑皮层可能涉及几件事,包括制造更多细胞、修改皮层区域功能、改变神经元之间的连接。我们在人类身上发现的调控改变就与这些过程有关。这可能与细胞增殖、皮层花纹结构及其他发育过程的进化改良有关,而这些过程在其他物种中,通常处于保守状态。”

研究人员首先绘制了在脑皮层发育12周内的活跃的调控因子图,从中找出特殊的生化作用。他们对脑发育中的恒河猴和小鼠也绘制了同样图谱,把三者对比发现,有几千个调控因子在人脑发育中表现出增强的活性。接下来,他们研究了调控增强带来的生物学效果。利用BrainSpan项目(一个免费访问的涵盖人类整个寿命期间脑部基因表达的数据库)找出了在脑皮层中起协调表达作用的基因组,与他们的发现相比较,确认了多个生理过程与人脑中大量的调控改变有关。

论文第一作者斯蒂芬?瑞利说:“人脑被认为是一种极具创新的结构,而在构造哺乳动物大脑皮层这样一个古老的、极为重要的过程中,这么多调控因子好像扮演了同一个角色,还是令人吃惊的。利用已有工具鼓捣出新的结构特征和功能,这通常是一种进化的标志。”

下一步,努南和同事们打算把他们发现的某些调控改变引入到小鼠基因组中,研究这些改变的功能及其对小鼠脑发育的影响。


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