基因開關引導人腦發(fā)展

美國加州大學洛杉磯分校的研究人員開發(fā)了人類神經(jīng)發(fā)生的第一張基因調(diào)控圖，這是一個神經(jīng)干細胞轉化為腦細胞，大腦皮層擴張的過程。科學家們已經(jīng)確定了控制我們大腦生長的因素，并且在某些情況下為未來的幾種腦部疾病奠定了基礎。

背景

人腦不同于老鼠和猴子，因為它的大腦皮層很大。該器官最發(fā)達的部分是大腦皮層，負責思考、感知和復雜的交流。科學家們剛剛開始了解驅(qū)動人腦生長的分子和細胞機制，以及它們在人類認知中的主要作用。

大腦發(fā)育受特定時間范圍內(nèi)特定腦區(qū)或細胞類型和基因表達的指導?；虮磉_是DNA中的指令轉化為功能產(chǎn)物(如蛋白質(zhì))的過程。在關鍵時刻，脫氧核糖核酸片段作為開關的作用在許多層面上受到調(diào)節(jié)。但到目前為止，還沒有圖譜來描述神經(jīng)發(fā)生過程中染色體上這些開關的活動和位置。

方法

加州大學洛杉磯分校的研究人員使用了一種叫做ATAC序列的分子生物學技術來繪制神經(jīng)發(fā)生過程中活躍的基因組區(qū)域。他們將這些數(shù)據(jù)與來自這些大腦區(qū)域的基因表達數(shù)據(jù)結合起來。研究人員還使用了之前發(fā)表的關于染色體折疊模式的數(shù)據(jù)。染色體折疊模式影響遺傳信息的編碼方式。綜合數(shù)據(jù)有助于他們識別神經(jīng)發(fā)生中關鍵基因的調(diào)控元件。一種叫做EOMES/Tbr2的基因在關閉時會導致嚴重的大腦畸形。

研究人員通過使用CRISPR技術證實了靶向基因的作用，該技術可以去除細胞中的DNA片段，編輯一些調(diào)控開關，然后評估它們對基因表達和神經(jīng)發(fā)生的影響。

影響

研究人員發(fā)現(xiàn)，一些精神疾病(如精神分裂癥、抑郁癥、神經(jīng)質(zhì)和注意缺陷多動障礙)會在生命后期發(fā)展，這源于胎兒大腦發(fā)育的最早階段。據(jù)研究人員稱，甚至一個人未來的智力也會在神經(jīng)發(fā)生中發(fā)揮作用。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個解釋人類大腦皮層比非人靈長類動物大的主要機制。他們確定了一個可以改變成纖維細胞生長因子受體表達的基因組序列，該受體調(diào)節(jié)重要的生物過程，包括細胞增殖和分裂，并為細胞分配特定的任務。人類基因組序列比老鼠和非人靈長類動物更活躍，這有助于解釋為什么人類大腦更大。

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