人類DNA讓鼠腦變大了

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，將一段人類特有的基因片段插入小鼠體內(nèi)，可以讓它們的大腦長得更大。這段代碼像“旋鈕”一樣，能夠調(diào)控某些基因的表達(dá)，通過增加可成為神經(jīng)元的小鼠細(xì)胞的產(chǎn)生，擴(kuò)大小鼠大腦的外層。這可能部分解釋了為何人類大腦相較于靈長類近親要大得多。5月14日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》。

美國加州大學(xué)舊金山分校的Katherine"Pollard表示，這項(xiàng)研究比以往嘗試揭示人類大腦發(fā)育遺傳機(jī)制的研究要深入得多?！斑@個(gè)故事更完整、更具說服力。”

人類大腦如何變得如此龐大和復(fù)雜，一直是個(gè)謎。西班牙德爾瑪醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究所的Gabriel"Santpere"Baró表示：“自從人類與黑猩猩在進(jìn)化過程中分道揚(yáng)鑣以來，我們的大腦體積增長了3倍，但仍然沒有找到確切的原因?！?/p>

先前的研究表明，“人類加速區(qū)”（HARs），即在哺乳動(dòng)物中普遍保守但在人類與黑猩猩分離后迅速變化的短基因組片段，可能是大腦發(fā)育和體積增大的關(guān)鍵因素?！暗@些HARs在大腦構(gòu)建過程中的具體機(jī)制尚不清楚。”論文通訊作者、美國杜克大學(xué)的Debra"Silver表示。

為了更清晰地描繪這一圖景，Silver團(tuán)隊(duì)聚焦于他們10年前發(fā)現(xiàn)的一個(gè)名為HARE5的HAR。在小鼠中，已知這段DNA可以增強(qiáng)Fzd8基因的表達(dá)，后者是神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育和生長的關(guān)鍵基因之一。研究人員比較了HARE5對(duì)小鼠、黑猩猩和人類的影響。

當(dāng)研究人員用人類的HARE5替代活體小鼠的HARE5后，這些小鼠成年后的腦容量比未經(jīng)過基因改造的小鼠大了6.5%。這種大腦“助推器”在一種名為放射狀膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞中最活躍，后者最終會(huì)分化為神經(jīng)元和其他腦細(xì)胞。人類HARE5促進(jìn)了這些膠質(zhì)細(xì)胞的分裂和增殖，從而產(chǎn)生了比小鼠版本的HARE5更多的神經(jīng)元。

但Silver表示，目前還不清楚大腦變大的小鼠是否在認(rèn)知或記憶方面有所提升。

為了找出人類HARE5與黑猩猩的差異，Silver和同事確定了其中4個(gè)遺傳突變，每個(gè)突變都能同時(shí)增強(qiáng)黑猩猩和人類細(xì)胞的增殖能力。

接下來，研究人員在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中制作了微型三維人腦模型，即類器官，以觀察HARE5如何影響神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生。含有黑猩猩HARE5的類器官所產(chǎn)生的放射狀膠質(zhì)細(xì)胞少于含有人類HARE5的類器官，而且細(xì)胞發(fā)育程度較低。他們還發(fā)現(xiàn)，HARE5增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)神經(jīng)干細(xì)胞生長的一個(gè)關(guān)鍵信號(hào)通路。

“這進(jìn)一步證實(shí)了這一遺傳‘助推器’在增加人類大腦體積和復(fù)雜性方面的作用?！盨ilver說。

Santpere"Baró認(rèn)為，未來的研究應(yīng)探討HARE5如何與其他約3000個(gè)人類HARs結(jié)合及互動(dòng)，以全面了解它們?cè)谌祟惔竽X發(fā)育和進(jìn)化中的角色?！斑@是一個(gè)有待深入挖掘的遺傳寶庫?！?/p>

目前，Silver團(tuán)隊(duì)正在研究不同的HARs是如何協(xié)同工作的?！坝泻芏嗖煌臋C(jī)制對(duì)造就如今的人類大腦至關(guān)重要。”她說。