称为ARHGAP11B的基因会触发脑干细胞形成更多的干细胞
称为ARHGAP11B的称为成更基因会触发脑干细胞形成更多的干细胞
宗嘉友导读人脑在进化过程中,特别是的多新皮层的扩张与诸如推理和语言之类的认知能力有关。一种仅在人类中发现的基因称为ARHGAP11B的基因会触发脑干细胞形成人脑在进化过程中,特别是发脑新皮层的扩张与诸如推理和语言之类的认知能力有关。一种仅在人类中发现的干细干细称为ARHGAP11B的基因会触发脑干细胞形成更多的干细胞,这是胞形胞更大大脑的先决条件。过去的称为成更研究表明,ARHGAP11B在小鼠和雪貂中表达至不生理的的多高水平时,会引起新皮层的基因扩大,但其与灵长类动物进化的发脑相关性尚不清楚。
位于德累斯顿的干细干细马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(MPI-CBG)的研究人员,以及位于川崎市的胞形胞实验动物研究所(CIEA)和东京的庆应义University大学的同事现在都表明,这种人类特异性基因在表达到生理水平时,称为成更会在普通mar猴(新世界猴)中导致新皮层增大。的多这表明ARHGAP11B基因可能在人类进化过程中引起了新皮层扩张。基因研究人员在《科学》杂志上发表了他们的发现。
人类新皮层是大脑皮层中进化最年轻的部分,比最接近的人类亲戚黑猩猩大三倍,在进化过程中,它折叠成皱纹的程度增加了,以适应头骨的受限空间。科学家面临的一个关键问题是人类新皮层如何变得如此之大。在2015年的一项研究中,MPI-CBG的创始负责人Wieland Huttner研究小组发现,在人类特异性基因ARHGAP11B的影响下,小鼠胚胎产生了更多的神经祖细胞,甚至可以正常折叠展开的新皮层。结果表明,ARHGAP11B基因在人类新皮层的进化扩展中起关键作用。
人类特异性基因的兴起
人类特异性基因ARHGAP11B产生于遍及大约五百万年前的普遍存在的基因ARHGAP11A的部分复制,沿着导致尼安德特人,丹尼索瓦人和当今人类的进化世系,在此世系与导致黑猩猩的世代分离之后。在2016年的一项后续研究中,维兰德·赫特纳(Wieland Huttner)研究小组发现了令人惊讶的原因,为什么ARHGAP11B蛋白包含47种氨基酸序列,这些序列是人类特异性的,在ARHGAP11A蛋白中未发现,并且是ARHGAP11B增加能力所必需的脑干细胞。
具体来说,在ARHGAP11B基因中发现一个C到G碱基的单一取代会导致ARHGAP11B信使RNA丢失55个核苷酸,这会导致阅读框发生移位,从而导致人类特异性,功能关键的47个氨基酸序列。这种碱基取代发生的时间可能晚于大约500万年前(即150万到500,000年前)。这种点突变并不罕见,但是在ARHGAP11B的情况下,其形成更大大脑的优势似乎立即影响了人类的进化。
该基因在猴子中的作用
但是,到目前为止,尚不清楚人类特异性基因ARHGAP11B是否还会在非人类灵长类动物中引起新皮层增大。为了对此进行研究,Wieland Huttner小组的研究人员与位于川崎市的实验动物研究所(CIEA)的Erika Sasaki和位于东京的庆应义at大学的冈野秀幸(Hideyuki Okano)合作,他们都是的先驱。产生转基因非人类灵长类动物的技术。该研究的第一作者,博士后迈克尔·海德(Michael Heide)前往,直接与他们的同事在现场合作。
他们产生了转基因的普通mar猴,即新世界猴,它们在正在发育的新皮层中表达人类特异性基因ARHGAP11B,而通常他们没有这种基因。在动物研究和动物福利方面的道德标准和法规与德国类似。在获得了101天大的mo猴胎儿的大脑(正常出生日期前50天),并将其出口到德累斯顿的MPI-CBG进行详细分析。
迈克尔·海德(Michael Heide)解释说:“我们确实发现mar猴的新大脑皮层变大了,并且大脑表面折叠了。皮层板也比正常的要厚。此外,我们可以看到在室旁下区的基底radial状胶质祖细胞数量增加了以及上层神经元的数量增加,这是在灵长类动物进化中增加的神经元类型。” 研究人员现在获得了功能性证据,表明ARHGAP11B引起了灵长类动物新皮层的扩张。
道德考量
这项研究的负责人维兰德·赫特纳(Wieland Huttner)补充说:“我们的分析仅限于mar猴胎儿,因为我们预期该人类特异性基因的表达会影响the猴新皮层的发育。鉴于对产后的潜在不可预见的后果脑功能方面,我们认为从道德的角度出发,首先确定ARHGAP11B对胎儿mar猴新皮层发育的影响是先决条件,也是必需的。”
研究人员得出的结论是,这些结果表明,人类特异性ARHGAP11B基因可能在人类进化过程中引起了新皮层扩张。
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