被称作HAR的基因组在改写人类大脑发育的过程中发挥重要作用

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日期:2021-09-07 11:01:38    来源:中国科学报    

是什么让我们区别于其他动物成为人类?人脑与其他动物的大脑区别在哪儿?这些都是神经科学中非常有趣的问题。科学家发现,人类基因组中有3000多个区域不同于任何其他哺乳动物(包括与人类最亲近的灵长类)。近日,一项发表于《神经元》的研究证实,近一半的被称作人类加速进化区(HAR)的基因组在改写人类大脑发育的过程中发挥了重要作用,为人类进化的遗传基础研究提供了重要见解。

HAR是一组DNA片段,它们在除人类外的其他哺乳动物身上几乎相同,这意味着人类的进化改变了这些DNA片段。

为了系统地确定此前发现的3171个HAR中哪一个最有可能在人类近期大脑皮层进化中起作用,研究人员检查了在人类和小鼠多种细胞类型与组织中,这些HAR区域调节基因的作用。

“我们知道许多HAR可能作为大脑中基因表达的调节器而发挥作用,但我们对它们在哪种类型的细胞中工作、在人类生命中何时何地发挥作用知之甚少。”论文第一作者、美国哈佛大学医学院的Ellen DeGennaro说,“我们的目标是填补关于哪些HAR在大脑中起重要作用以及如何起作用的知识空白,以便研究人员进行更深入的检测。”

为了克服早期研究方法的局限性,研究论文通讯作者、哈佛大学医学院的Christopher Walsh和同事开发了一种名为CaptureMPRA的新方法。该方法利用分子条形码倒置探针捕获目标序列(HAR及其周围DNA)。通过研究,研究小组确定了210种HAR,它们显著增强了人类神经细胞中的基因活性。这些HAR可能影响人类大脑发育。

研究人员还发现了一个名为PPP1R17的受几种HAR调节的基因,它在发育中大脑的一些细胞中表达。

研究人员比较了小鼠、雪貂、恒河猴和人类发育中大脑PPP1R17的表达,发现在恒河猴和人类身上,该基因在大脑皮层中表达,但在小鼠和雪貂身上没有表达。

该发现表明,在非灵长类动物和灵长类动物之间,以及非人灵长类动物和人类之间,PPP1R17存在的细胞类型和发育表达模式都发生了快速变化。

研究人员表示,PPP1R17在人类中的独特变化,可能与人类异常大的大脑有关。较大的大脑由大量细胞组成,每个细胞都可能含有有害突变,修复这些突变需要时间,PPP1R17在细胞周期中减慢了神经祖细胞的发育进程,有助于消除有害突变。(徐锐)

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