Cell：首次构建出人类大脑皮层神经发生的基因调控图谱

yinfuhua

Cell：首次构建出人类大脑皮层神经发生的基因调控图谱. ?% S2 I7 C$ Y; Y
来源：生物谷   发布者：ailsa   日期：2018-01-17
+ i3 R5 ~5 a$ t) E, S: z, D6 N4 \在一项新的研究中，来自美国加州大学洛杉矶分校等研究机构的研究人员首次构建出人类神经发生（neurogenesis）的基因调控图谱，其中在神经发生中，神经干细胞转化为脑细胞并且大脑皮层在尺寸上扩大。他们鉴定出调控我们的大脑生长并且在某些情形下为在生命后期出现的几种大脑疾病奠定基础的因子。相关研究结果发表在2018年1月11日的Cell期刊上，论文标题为“The Dynamic Landscape of Open Chromatin during Human Cortical Neurogenesis”。
1 b" ^$ Q8 |* ]0 \! n
9 f3 L7 a# A" l图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.12.014。: l3 ?9 G# ]2 u! F& {
人类大脑与老鼠和猴子的大脑不同，这是因为人类大脑具有更大的皮层。作为大脑器官中最为高度发育的部分，大脑皮层负责思考、感知和复杂的沟通。科学家们刚开始了解促进人类大脑发育的分子和细胞机制以及它们在人类认知中发挥的重大作用。
. s( e) H" c1 l' o4 K2 t大脑发育是由某些大脑区域或细胞类型在特定时间段的基因表达引导的。基因表达，即将我们的DNA中的指令转化为功能性产物（如蛋白）的过程，在多种水平上受到在关键时刻作为通断开关发挥作用的DNA片段的调节。但是在此之前，还没有人构建出描述在神经发生期间这些开关在染色体上的活性和位置的图谱。7 F% i2 t1 b2 o! D* A! @
通过采用一种被称作ATAC-seq的分子生物学技术，这些研究人员绘制出在神经发生中有活性的基因组区域。他们将这些数据与这些大脑区域中的基因表达数据结合起来。他们还使用了以前公布的关于染色体折叠模式的数据。染色体折叠模式影响遗传信息的编码方式。这些结合在一起的数据有助他们鉴定出神经发生中的关键基因的调控元件。一个被称作EOMES/Tbr2的基因当被关闭时与严重的大脑畸形相关联。, M5 \1 h9 ?8 T) ?$ H# q
这些研究人员利用CRISPR技术证实了这些靶基因的作用。利用CRISPR技术，他们能够移除细胞中的特定DNA片段，从而剔除一部分调控开关，随后就可评估它们对基因表达和神经发生的影响。 这些研究人员发现，在生命后期患上的一些精神疾病，如精神分裂症、抑郁症、注意缺陷多动障碍（ADHD）和神经过敏症，起源于胎儿大脑发育的最早阶段。他们说，甚至一个人的未来智力在神经发生期间就开始在形成。
) L+ Q5 d: i: ~! b这些研究人员还发现一个重大的机制，该机制可解释人类大脑皮层要比非人灵长类动物的大脑皮层更大。他们鉴定出一个改变成纤维细胞生长因子受体2（FGFR2）表达的基因组序列，其中FGFR2调节着包括细胞增殖和分裂在内的重要生物过程，并且给细胞赋予特定的任务。这个基因组序列在人类中的活性要比在小鼠和非人类灵长类动物中更强，这有助于解释为什么人类大脑更大。3 h' Q2 P5 A- D( l
原始出处：Luis de la Torre-Ubieta, Jason L. Stein, Hyejung Won et al. The Dynamic Landscape of Open Chromatin during Human Cortical Neurogenesis. Cell, 11 January 2018, 172(1-2):289–304, doi:10.1016/j.cell.2017.12.014