耶魯大學(xué)醫學(xué)院的一項新研究發(fā)現，在人類(lèi)形成大腦皮質(zhì)的進(jìn)化過(guò)程中有數千的遺傳「調控」開(kāi)關(guān)（稱(chēng)作為調控元件的 DNA 區域）被調高。

     不同于獼猴和小鼠，在人體中這些開(kāi)關(guān)顯示活性增高，在大腦皮質(zhì)中它們可能驅動(dòng)了一些基因的表達。大腦皮質(zhì)是與意識思維和語(yǔ)言相關(guān)的一個(gè)大腦區域。這種差異或許可以解釋相比其他的哺乳動(dòng)物，人類(lèi)這一大腦區域的結構和功能如此獨特的原因。

     這項由 James P. Noonan、Steven K. Reilly 和 Jun Yin 共同領(lǐng)導的研究，發(fā)布在 3 月 6 日的《科學(xué)》（Science）雜志上。

     除建立了一個(gè)豐富及詳細的人類(lèi)特異性基因調控變化目錄之外，Noonan 和同事們指出了可能受這些對于大腦發(fā)育至關(guān)重要的調控元件操控的一些生物學(xué)過(guò)程。

     Kavli 神經(jīng)科學(xué)研究所研究員、遺傳學(xué)副教授 Noonan 說(shuō)：「構建更復雜的皮質(zhì)有可能涉及幾件事：生成更多的細胞，改變皮質(zhì)區功能，以及改變神經(jīng)元相互建立的聯(lián)系。我們在人類(lèi)中發(fā)現的一些調控改變與這些過(guò)程有關(guān)聯(lián)。這有可能牽涉了細胞增殖、皮質(zhì)圖式發(fā)育和通常在許多物種間非常保守的其他一些發(fā)育過(guò)程的進(jìn)化改變?！?/span>

     科學(xué)家們已精于比較不同物種的基因組，來(lái)鑒別出造成這些差異的 DNA 序列改變。但有許多的人類(lèi)基因與其他靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物的基因非常相似，表明除基因自身的變化外，它們調控方式的改變也使得人類(lèi)生物學(xué)與眾不同。

     但到目前為止，檢測這些改變并闡明它們尤其在發(fā)育大腦中的影響非常具有挑戰。耶魯大學(xué)的研究人員利用一些新的實(shí)驗和計算工具鑒別出了大腦皮質(zhì)中一些活性調控元件，并研究了它們的生物學(xué)效應。

     首先，Noonan 和同事們通過(guò)搜索一些特殊的表觀(guān)遺傳修飾，在皮質(zhì)發(fā)育的頭 12 周繪制出了人類(lèi)基因組活化調控元件圖譜。他們對獼猴和小鼠的發(fā)育大腦完成了相同的工作，隨后比較了三張圖譜鑒別了在發(fā)育人類(lèi)大腦中顯示更大活性的這些元件。他們發(fā)現在人類(lèi)中有幾千個(gè)調控元件顯示活性增高。

     接下來(lái)，他們想知道這些調控改變的生物學(xué)影響。該研究小組轉而借助了一種免費獲取的人類(lèi)生命期大腦基因表達數字圖集 BrainSpan。他們利用這些數據鑒別出了數組在大腦皮質(zhì)中協(xié)同表達的基因。他們隨后將發(fā)現的一些調控改變加到這組基因上，鑒別出了一些生物學(xué)過(guò)程與人類(lèi)相當驚人數量的調控改變有關(guān)聯(lián)。

     第一作者 Steven Reilly 說(shuō)：「我們常常認為人類(lèi)大腦是一個(gè)高度創(chuàng )新的結構，令人驚訝的是這些調控元件中有許多看起來(lái)在對構建所有哺乳動(dòng)物皮質(zhì)至關(guān)重要的一些古老過(guò)程中起作用。不過(guò)操控這些可用的工具來(lái)生成一些新特征及功能常常是進(jìn)化的一個(gè)標志?！?/span>

     接下來(lái)，Noonan 和同事們打算研究他們發(fā)現的一些調控改變的功能，通過(guò)將它們導入到小鼠基因組中來(lái)研究它們對于小鼠大腦發(fā)育的影響。