研究揭示基因在靈長類腦區的空間表達和調控機制

近日，國際期刊Genome Research 在線發表了由中國科學院上海營養與健康研究院馬普計算生物學夥伴研究所Philipp Khaitovich研究組和日本國立自然科學研究所認知基因組學Yasuhiro Go研究組合作發表的論文Human-specific features of spatial gene expression and regulation in eight brain regions。

長期以來，基因表達水平的變化一直都被認為是表型特徵（包括人類認知）快速進化的分子基礎。迄今為止，此方向的研究著重於將人類大腦與其他物種的大腦進行比較，並已揭示了不少人腦表達特異性的基因。如果將人類與關係較遠的物種進行大腦的轉錄組比較，由於存在基因表達水平的迭代式變化，因此很可能導致差異表達的基因的種系分配出現不合理甚至不準確的情況。因此，在此項研究中，使用兩種十分接近人類和黑猩猩的猿類，即大猩猩和長臂猿，來代替常用的靈長類模式生物如恆河猴和食蟹猴，可以得到更為可靠的大腦種間變化差異的種系分配。

鑒於此，Philipp Khaitovich研究組的許川、李倩等研究人員分析了從人類、黑猩猩、大猩猩、長臂猿和恆河猴的八個腦區收集的基因表達和H3K27ac染色質修飾數據。通過對這些數據的綜合分析，研究人員揭示了1,851個人類轉錄組特異性基因及240個黑猩猩轉錄組特異性基因的存在。其中，一半以上的人類特異性基因在海馬區的神經元和星形膠質細胞中顯著上調，而其他人類特異性基因則影響了額葉皮層和小腦的小神經膠質細胞的功能。隨後，通過研究驅動這些差異的調控元素，研究人員揭示了轉錄因子在物種特異性基因表達變化中的作用，而與之相反，表觀遺傳修飾則與物種間保守的空間表達有關。

綜上所述，此研究通過將人類大腦與近緣靈長類比較，更可靠地揭示了比較學意義上的大腦特徵，且提供了關於大腦在種間進化的分子圖譜的新見解，並進一步探索了構成人類大腦獨特性的分子特性。該研究的原始及處理數據存儲於GEO Accession no. GSE100796。該研究得到了中科院戰略性先導科技專項（B類）、外籍千人計劃和科技部等經費支持。

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文章來源：上海營養與健康研究院

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