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科学家发现大脑的基因

发布时间:2018-05-16

em一组研究人员首次发现了一种基因(ARHGAP11B),该基因仅存在于人类中,并有助于基础脑干细胞的再生,从而触发新皮层的折叠。 / em

大约99%的人类基因与黑猩猩共享。只有少量的余数使我们分开。然而,我们有一个重要的区别:人类的大脑是黑猩猩大脑的三倍。在进化过程中,我们的基因组必须发生变化才能触发这种脑部发育。 Wieland Huttner,马克斯普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所(MPI-CBG)的主任和研究小组负责人,他的研究小组首次确定了一种基因,该基因仅存在于人类中并有助于基底脑干的再生细胞,触发新皮层的折叠。研究人员分离出不同的人类脑干细胞亚群,并精确鉴定出哪些基因在哪些细胞类型中有活性。在这样做的时候,他们注意到了基因ARHGAP11B:它只在人类和我们最亲近的尼安德特人和丹尼索瓦人类中找到,而不是在黑猩猩中。该基因设法触发脑干细胞形成更大的干细胞库。这样,在大脑发育过程中会出现更多的神经元并且大脑可以扩张。大脑负责认知功能,如说话和思考。

Wieland Huttner的研究人员开发了一种方法,可以从发育中的人类大脑中分离并识别特定的脑干细胞亚群。目前还没有人设法做到这一点。科学家首先从胎鼠和人类大脑组织中分离出不同的干细胞和祖细胞类型。与大而折叠的人脑相反,小鼠的大脑小而光滑。在分离后,研究人员比较了在各种细胞类型中有活性的基因,并能够鉴定56种仅存在于人类中并且在脑发育中起作用的基因。 “我们注意到基因ARHGAP11B在基底脑干细胞中特别活跃。这些细胞对于进化过程中新大脑皮层的扩张非常重要,“Wieland Huttner实验室的博士生Marta Florio表示,他进行了这项研究的主要部分。

人类特异性基因也适用于小鼠

在研究的进一步过程中,研究人员专注于这个特殊基因的功能。研究人员怀疑,如果它是造成人脑中更大的脑干细胞库,从而扩大大脑的负责人,那么这种人类特异性基因应该引发小鼠大脑中类似的发育。他们将这种基因导入到小鼠胚胎中,并确实:在人类特异性基因的影响下,小鼠产生了显着更多的脑干细胞,并且在一半的情况下甚至折叠了新皮层,这是人类大脑的典型特征。所有这些结果表明,基因ARHGAP11B在人类新皮层的进化扩张中起关键作用。

来自马克斯普朗克莱比锡进化人类学研究所SvantePääbo的研究人员的数据证实,ARHGAP11B不仅发生在人类基因组中,而且还存在于尼安德特人和Denisova人类中。尼安德特人拥有与人类相似的大脑。 “ARHGAP11B是第一个人类特异性基因,我们可以证明它有助于基础脑干细胞池,并可以触发新皮层的折叠。通过这种方式,我们设法进行追踪进化的下一步“,总结Wieland Huttner。

他的研究小组长期以来一直对人类大脑进化的秘密感兴趣。在过去的几年中,他的研究人员做出了几项发现,这些发现有助于理解大脑在进化过程中如何发展。例如,2010年,研究人员在大脑外层生长区发现了一种新型干细胞。目前Wieland Huttner及其团队的项目是与来自德累斯顿科技大学医院Carl Gustav Carus的DFG德累斯顿再生疗法研究中心的Andreas Dahl和Robert Lachmann一起进行的。

发表:Marta Florio等,“人类特异性基因ARHGAP11B促进基底祖细胞扩增和新皮质扩张”,Science,2015; DOI:10.1126 / science.aaa1975

来源:马克斯普朗克研究所

图片:MPI f。分子细胞生物学和遗传学