耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，在人類形成大腦皮質(zhì)的進(jìn)化過(guò)程中有數(shù)千的遺傳“調(diào)光”開(kāi)關(guān)（稱作為調(diào)控元件的DNA區(qū)域）被調(diào)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(qū)動(dòng)了一些基因的表達(dá)。大腦皮質(zhì)是與意識(shí)思維和語(yǔ)言相關(guān)的一個(gè)大腦區(qū)域。這種差異或許可以解釋相比其他的哺乳動(dòng)物，人類這一大腦區(qū)域的結(jié)構(gòu)和功能如此獨(dú)特的原因。

這項(xiàng)由James P. Noonan、Steven K. Reilly和Jun Yin共同領(lǐng)導(dǎo)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(xì)的人類特異性基因調(diào)控變化目錄之外，Noonan和同事們指出了可能受這些對(duì)于大腦發(fā)育至關(guān)重要的調(diào)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(gòu)建更復(fù)雜的皮質(zhì)有可能涉及幾件事：生成更多的細(xì)胞，改變皮質(zhì)區(qū)功能，以及改變神經(jīng)元相互建立的聯(lián)系。我們?cè)谌祟愔邪l(fā)現(xiàn)的一些調(diào)控改變與這些過(guò)程有關(guān)聯(lián)。這有可能牽涉了細(xì)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。”

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。但有許多的人類基因與其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物的基因非常相似，表明除基因自身的變化外，它們調(diào)控方式的改變也使得人類生物學(xué)與眾不同。

但到目前為止，檢測(cè)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(zhàn)。耶魯大學(xué)的研究人員利用一些新的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算工具鑒別出了大腦皮質(zhì)中一些活性調(diào)控元件，并研究了它們的生物學(xué)效應(yīng)。

首先，Noonan和同事們通過(guò)搜索一些特殊的表觀遺傳修飾，在皮質(zhì)發(fā)育的頭12周繪制出了人類基因組活化調(diào)控元件圖譜。他們對(duì)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)育人類大腦中顯示更大活性的這些元件。他們發(fā)現(xiàn)在人類中有幾千個(gè)調(diào)控元件顯示活性增高。

接下來(lái)，他們想知道這些調(diào)控改變的生物學(xué)影響。該研究小組轉(zhuǎn)而借助了一種免費(fèi)獲取的人類生命期大腦基因表達(dá)數(shù)字圖集BrainSpan。他們利用這些數(shù)據(jù)鑒別出了數(shù)組在大腦皮質(zhì)中協(xié)同表達(dá)的基因。他們隨后將發(fā)現(xiàn)的一些調(diào)控改變加到這組基因上，鑒別出了一些生物學(xué)過(guò)程與人類相當(dāng)驚人數(shù)量的調(diào)控改變有關(guān)聯(lián)。

第一作者Steven Reilly 說(shuō)：“我們常常認(rèn)為人類大腦是一個(gè)高度創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，令人驚訝的是這些調(diào)控元件中有許多看起來(lái)在對(duì)構(gòu)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(biāo)志。”

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