新技术为研究大脑的进化提供了新的视角

【字体: 时间:2021年09月18日 来源:Science Advances

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  作为人类,我们有一个巨大而复杂折叠的新大脑皮层,它解释了我们的许多智力能力,并将我们与所有其他物种区分开来。波鸿鲁尔大学医学院人类遗传学系的Tran Tuoc博士领导的一个研究小组已经确定了一个可能导致进化过程中大脑发育的重要因素:所谓的基础神经前体细胞H3乙酰化。这一发现也为神经退行性疾病的治疗铺平了道路。

  

作为人类,我们有一个巨大而复杂折叠的新大脑皮层,它解释了我们的许多智力能力,并将我们与所有其他物种区分开来。波鸿鲁尔大学医学院人类遗传学系的Tran Tuoc博士领导的一个研究小组已经确定了一个可能导致进化过程中大脑发育的重要因素:所谓的基底神经前体细胞H3乙酰化。这一发现也为神经退行性疾病的治疗铺平了道路。

这篇论文发表在15日的《Science Advances》杂志上。

人类大脑是如何发育的?

新皮层由六个神经元层和许多功能区域组成。它们形成了处理感觉运动刺激和我们许多智力能力的结构基础。在进化的过程中,人类的大脑经历了各种各样的变化,例如,大脑的大小有了显著的增长,大脑皮层有了特殊的折叠。Tran Tuoc解释说:“这种进化被认为塑造了我们的行为和认知能力,使我们这个物种如此独特。”促成这种扩张的数十亿神经元主要是由所谓的基底祖细胞(BPs)产生的。基底祖细胞位于大脑发育的生发区。

大脑生长是如何被控制的还不清楚

尽管研究人员近年来对阐明这一发展非常感兴趣,但到目前为止,他们只能够识别出在其中发挥作用的几个因素。“此外,被认为在全基因组范围内控制BPs增殖的表观遗传机制仍不清楚,”Tran Tuoc说。他与一个国际研究团队合作,成功地确定了新皮层扩张和折叠的一个关键因素:H3乙酰化,它调节基底祖细胞的增殖。

为了测试进化中的皮层扩张是否与表观遗传景观的变化有关,作者首先调查了小鼠和人类皮质中TBR2阳性(+)BPs之间的表观遗传标记是否不同。他们用TBR2抗体和从发育中小鼠和人类皮质分离的单细胞悬液进行核内免疫荧光染色,然后用荧光激活细胞分选(FACS)纯化TBR2+BPs。

该团队使用了一种基于质谱的新技术来检测发育中的小鼠和人类大脑表观遗传景观的差异。Tran Tuoc指出:“我们的研究表明,被称为组蛋白H3赖氨酸9乙酰化(histone H3 lysine 9 acetylation,简称H3K9ac)的蛋白在小鼠基础祖细胞中含量很低,但在人类细胞中含量很高。”当研究人员在实验中增加小鼠神经元的乙酰化,这就刺激了它们的增殖,从而导致了通常光滑的小鼠皮层的生长和折叠。该途径是通过增加TRNP1基因的表达。

这些结果表明,在基底祖细胞中操纵H3乙酰化可以帮助产生更多的神经元,从而可以用于治疗神经退行性疾病。

Science Advances

DOI

10.1126/sciadv.abc6792


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