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类人类特异基因促进大脑皮层的沟回形成
发布日期:2016-08-10    浏览次数:290

中科院神经科学研究所罗振革研究组于8月9号在eLife杂志上发表了一篇题为“类人类特异基因TBC1D3促进小鼠皮层基底神经前体细胞产生及沟回形成”的文章。

智力的进化与哺乳动物大脑新皮层的增厚息息相关,这个过程离不开皮层神经元数量的增加。皮层神经元的增加源于神经发生时程变长以及神经干细胞和前体细胞的增殖能力的增强;与此平行大脑皮层通过形成沟回让有限的颅骨空间内表面积进一步增大。近期的跨物种研究显示灵长类皮层在亚脑室外区(OSVZ)进化出新的神经发生区,此区域包含大量的具有增殖能力的基底神经祖细胞(BPs)以及神经元。然而BP细胞的产生和皮层沟回之间的因果关系仍然不明。

基因拷贝数的增加在大脑进化过程中起到至关重要的作用,尤其是人类特异基因的拷贝数增加可能会对皮层沟回的复杂化产生影响。人特异基因TBC1D3在人类进化时发生了拷贝数的增加,但是其对大脑发育的影响至今没有得到系统的研究分析。罗振革组的研究人员发现通过胚胎电转的方法在小鼠大脑皮层表达TBC1D3可以促进皮层脑室区放射状胶质神经干细胞(vRGs)从脑室的迁离,在亚脑室及其外侧皮层形成一类新的可以自我更新的神经祖细胞,这类祖细胞具有与灵长类大脑特有的亚脑室外区(oSVZ)放射状胶质神经干细胞(oRGs)相似的形态和分裂行为,而这类oRG细胞被认为对进化中大脑皮层的增厚及沟回的复杂化起重要作用。此外,在培养的人类大脑切片中下调TBC1D3基因的表达能够降低oRG细胞的产生。值得关注的是,无论是在小鼠胚胎电转还是在转基因小鼠中局部的oRG扩增都经常会引起皮层相应区域形成沟回。综述,该研究发现并确认了这种可以调控oRG产生进而调节皮层扩增与沟回形成的人特异基因。此研究中构建的转基因小鼠为研究皮层沟回与大脑高级功能的联系提供了一种可行工具。

此项研究主要是由罗振革组的研究生居相春和侯琼琼共同完成,同时获得了中国科学院内外多名研究人员的帮助。本课题的经费支持来源于国家重点基础研究项目、国家自然科学基金以及中国科学院先导项目。

TBC1D3促进皮层沟回形成模式图。TBC1D3通过降低vRG细胞中的N-cadherin引起vRG细胞迁离脑室形成类似oRG的细胞,同时激活Ras/ERK等细胞干性相关信号通路,进而促进此类oRG细胞的增殖,产生更多的oRG或中间前体细胞,导致区域性神经元密度的增加,从而引起小鼠大脑皮层产生沟回。