科技日?qǐng)?bào)記者 趙漢斌
記者6日從昆明理工大學(xué)靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)化研究院獲悉，該院李天晴教授、牛昱宇教授和季維智院士領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在《科學(xué)·進(jìn)展》雜志上以長(zhǎng)文形式發(fā)表論文，首次發(fā)現(xiàn)靈長(zhǎng)類大腦發(fā)育的過程中存在第三類基因BRN2。此項(xiàng)研究為靈長(zhǎng)類的大腦發(fā)育提供了一種新的理論機(jī)制。
在大腦發(fā)育過程中，靈長(zhǎng)類和嚙齒類的基因數(shù)目相近，然而，靈長(zhǎng)類卻具有高度進(jìn)化和擴(kuò)張的大腦。靈長(zhǎng)類大腦在發(fā)育過程中如何在不增加基因數(shù)目的前提下實(shí)現(xiàn)進(jìn)化性擴(kuò)張是腦科學(xué)研究中的關(guān)鍵問題之一。由于存在一些序列高度保守的基因在嚙齒類和靈長(zhǎng)類上具有不同的功能，從而無(wú)法通過嚙齒類動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，使其該基因的發(fā)現(xiàn)變得極為困難。而此類基因的揭示，不僅能促進(jìn)人們對(duì)靈長(zhǎng)類大腦特有發(fā)育機(jī)制的理解，還能為神經(jīng)系統(tǒng)各種疾病的治療提供重要的理論基礎(chǔ)。
BRN2調(diào)控靈長(zhǎng)類胎兒大腦發(fā)育機(jī)制示意圖。 昆明理工大學(xué)靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)化研究院供圖
在小鼠中，BRN2表達(dá)于胎兒的神經(jīng)前體細(xì)胞和皮層神經(jīng)元中，基因的敲除并不影響小鼠大腦的神經(jīng)發(fā)育，小鼠能健康出生。研究人員發(fā)現(xiàn)，該基因特異地表達(dá)在食蟹猴胎兒早期腹側(cè)端腦的神經(jīng)前體細(xì)胞，明顯早于小鼠上的表達(dá)。通過對(duì)不同發(fā)育階段猴胎兒腦的分析顯示，該基因的表達(dá)與猴側(cè)腦室神經(jīng)干細(xì)胞的增值和擴(kuò)張緊密相關(guān)。通過對(duì)基因敲除猴的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)該基因缺乏將導(dǎo)致神經(jīng)前體細(xì)胞提前分化為中間神經(jīng)元，引起中間神經(jīng)元的發(fā)育異常。
同時(shí)，BRN2也是第一個(gè)鑒定的對(duì)靈長(zhǎng)類中間神經(jīng)元起到特異調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子。利用人多能干細(xì)胞分化產(chǎn)生的腦類器官，研究人員驗(yàn)證了該基因的功能在人類神經(jīng)前體細(xì)胞中與猴子神經(jīng)前體細(xì)胞具有高度的保守性。分子機(jī)制也揭示其直接調(diào)控其他基因影響靈長(zhǎng)類的神經(jīng)發(fā)育。
研究發(fā)現(xiàn)，該基因在靈長(zhǎng)類和小鼠大腦上具有明顯的功能差異，揭示了靈長(zhǎng)類大腦發(fā)育進(jìn)化過程中，存在第三類保守的基因，由于表達(dá)的時(shí)空差異性，在靈長(zhǎng)類大腦發(fā)育過程中產(chǎn)生了新的功能。此項(xiàng)研究，也提示利用靈長(zhǎng)類動(dòng)物開展靈長(zhǎng)類腦發(fā)育的重要性。
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