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                                  兩篇Cell重磅 三種基因告訴你人腦何以爲人腦
                                  凤凰彩票app下载:新浪   發佈者:張小圈   日期:2018-06-07   今日/總瀏覽:2/7681

                                  經歷了幾百萬年的進化aaa,人類先祖的大腦遠遠比靈長類親戚大的多、複雜的多aaa。但是aaaaa,這背後的分子機制一直是個謎aaaa。近期aaaa,Cell期刊連發兩篇文章aaaa,揭示了一類人類特有的基因家族aaa,可能是構建更大大腦的關鍵aaaaa。

                                  Cell雜誌發文稱aaaaa,科學家已發現3個幾乎相同的基因可以幫助解釋人類早期祖先的0.5升灰質是如何成爲1.4升器官的aaaa,這一進化使得人類這一物種是如此成功和獨特aaaa。另外aaaaa,新發現的基因幫助解釋了大腦發育有時是如何出錯並導致神經系統紊亂的aaaaa。



                                  DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.03.051

                                  這一新發現的明星家族——NOTCH2NLaaa,在大腦皮質發育過程中表達aaa,負責促進神經祖細胞更新aaaa,從而產生更多的神經元aaa。

                                  NOTCH2NL本身是NOTCH基因家族的一個分支aaaaa,後者負責調控所有生物(從過引導鯨魚)的發育時間aaa。但是aaaaa,5月31日發表在Cell上的兩項研究顯示aaa,在最近的進化史中aaa,發生了一系列“基因事故”aaaa,在人類身上產生了4個非常密切相關的NOTCH2NL基因aaaaa。

                                  “這些基因是一個古老的發育基因的後代aaaa,在進化過程中不斷複製和改變aaa,從而加入與人腦擴大有關的DNA名單中aaa。”耶魯大學進化基因組學家James Noonan說aaa,“它們會增加腦組織中潛在神經細胞的數量這些新蛋白質可能會以非常強大的方式改變腦部發育中的重要途徑aaaaa。”

                                  01論文一:人類獨有的NOTCH2NL



                                  在猿的祖先中aaaa,NOTCH2的複製產生了一個非功能性的NOTCH2NL aaaaa。修復和後來的基因複製產生了多個拷貝aaaa。(GRAPHIC) V. ALTOUNIAN/SCIENCE; (DATA) FIDDES ET AL., CELL

                                  在以“Human-Specific NOTCH2NL Genes Affect Notch Signaling andCortical Neurogenesis”爲題的文章中aaaa,通訊作者、加州大學聖克魯茲分校的生物信息學家David Haussler帶領團隊發現aaaaa,NOTCH通路在人類和獼猴大腦發育中起着不同的作用aaaaa。進一步深入研究後aaaa,他們證實aaa,除了人類外aaa,NOTCH2NL在獼猴和其他類人猿的器官中均缺失aaaa。這表明NOTCH2NL可能在人類進化中發揮了獨特的作用aaa。

                                  通過比較人類和其他靈長類基因組中NOTCH2NL相關的DNAaaa,Haussler團隊重建了基因的進化歷史aaaa,並得出結論:在1400萬年前的DNA複製過程中aaa,一個祖先的NOTCH2基因的一部分被錯誤地複製了aaa。而新的“基因”是不完整和無功能的aaaa,但是大約1100萬年後——就在人類祖先的大腦開始膨脹(expand)之前aaa,一個額外的NOTCH2片段被插入到這個拷貝中aaaa,使這個基因具有功能aaaa。“這一事件標誌着我們大腦中NOTCH2NL基因的誕生aaa。”論文的合著者Frank Jacobs說aaaa。

                                  隨後aaa,具有功能的NOTCH2NL基因被多次複製aaa,在人類1號染色體一端連續產生三個活性的NOTCH2NL基因aaa,在另一端產生一個非活性拷貝aaa。研究人員解釋aaa,基因拷貝可能是人腦強有力的進化力量aaaa,因爲一個拷貝繼續其必要的工作aaaaa,讓其他拷貝可以自由地做一些新的事情aaaaa。

                                  02論文二:功能強大的NOTCH2NL

                                  Pierre Vanderhaeghen是布魯塞爾自由大學的發育神經生物學家aaaaa,他和團隊在Cell期刊發表了以“Human-Specific NOTCH2NL Genes Expand CorticalNeurogenesis through Delta/Notch Regulation”爲題的文章aaaa,解析了NOTCH2NL的功能aaaaa。他們發現aaa,增加NOTCH2NL活性aaa,可以促進培養的腦組織製造出更多的幹細胞aaaaa。

                                  這項新成果進一步充實了今年3月德國神經生物學家Wieland Huttner團隊在eLife期刊發表的一篇文章aaa。Wieland Huttner團隊在發現NOTCH2NL在胎兒腦細胞中非常活躍後aaaaa,決定將注意力集中在NOTCH2NL上(他們認爲這是一個單一的基因)aaaaa。當他們將人類NOTCH2NL基因植入小鼠胚胎期的腦組織中aaaaa,結果顯示:更多的幹細胞得以發育aaaaa。這表明aaaa,人類基因延遲了這些細胞的分化(specialization of those cells)aaa,因此它們有機會產生更多的自身拷貝aaaa。

                                  現在aaaa,Vanderhaeghen和同事在他們的Cell論文中描述了NOTCH2NL如何促進神經元形成的分子細節——NOTCH2NL蛋白阻斷了導致幹細胞分化和停止分裂的信號通路中的關鍵步驟aaa,從而促使幹細胞持續存在並不斷產生後代aaa,最終產生大量神經元aaaaa。



                                  I. SUZUKI ET AL., CELL10.1016/J.CELL.2018.03.067 (2018)

                                  03NOTCH2NL與神經類疾病有關

                                  Haussler表示aaa,三個活躍的NOTCH2NL基因的位置也很清楚aaa,它們正處在孤獨症、精神分裂症和發育遲緩綜合症的DNA中間aaaaa。這意味着aaaaa,這些DNA在複製過程中容易被額外複製或丟失DNAaaa,從而增加上述疾病的風險aaaaa。

                                  對於杜克大學的進化發育生物學家Greg Wray來說aaaa,關聯這些神經類疾病的線索是新成果中最引人注目的部分aaa。“這些基因可能在皮質發育中扮演重要角色aaaa,錯誤的調控會導致疾病aaaa。”不過aaaaa,Greg Wray不太相信這些基因在人類進化中具有獨特的作用aaaa,因爲它們所處的染色體區域複雜且難以測序aaaaa,而且人類和其他物種之間基因功能進化差異的證據是間接的aaaa。

                                  但Haussler認爲aaaaa,這些基因是證明人類大腦變大的關鍵因素aaaa。他指出:“一項改變並不是由單因素導致的aaaaa,但是一定由某些重要因素主導aaa,NOTCH2NL或許就是主導者aaaa。”

                                  參考資料:1)Trioof genes supercharged human brain evolution

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