發現240萬年前古人類一個大腦發育基因的額外拷貝 _大腦

來自Scripps研究院，上海交通大學等多國研究人員組成的研究團隊發表了題為“Inhibition of SRGAP2 Function by Its Human-Specific Paralogs Induces Neoteny during Spine Maturation”的文章，發現了一個大腦發育基因的額外拷貝，這一拷貝出現在240萬年前的古人類基因組中，能幫助成熟神經細胞遷移到更遠部位，以及發展更多連接。這是首次成功解析這一基因，對于深入探討人類進化具有重要意義。相關成果公布在Cell雜志在線版上。
這一研究由美國Scripps研究院的Franck Polleux教授領銜的研究團隊完成，上海交通大學生命科學技術學院神經科學研究所金衛林副研究員也參與合作研究。金衛林副研究員早年畢業于武漢大學生物化學專業，2004年第四軍醫大學全軍神經科學研究所神經生物學研究生畢業，獲博士學位。2005年底轉業到上海交通大學，聘為神經科學研究所副研究員。
什么遺傳變化造成了人類和靈長類動物之間如此大的行為差異呢？迄今為止研究人員還只了解了其中的一部分原因，最新的這項研究成果也許將能揭開這個謎底。
在這篇文章中，研究人員發現一個大腦發育基因的額外拷貝能促進成熟神經細胞遷移到更遠部位，以及發展更多連接。而且令人驚訝的是，這個額外的拷貝并沒有增加原有基因：SRGAP2的功能，這個SRGAP2基因屬于srGAP家族，能通過F-BAR結構域介導細胞膜形態的變化，從而對神經元的形態發生和遷移產生影響。
SRGAP2能幫助神經細胞產生與相鄰細胞之間的聯系，而這項研究則證明這個額外的拷貝并沒有增加SRGAP2的這種作用，反而會干擾這種作用。
“這似乎就是促進人類進化的一個基因組典型創新范例”，Polleux教授說，“這項研究發現這個重復基因能與原有拷貝相互作用，這也指出了認識進化如何發生的一種新觀點，也為我們分析人類特殊發育疾病，比如自閉癥和精神分裂癥，提供了線索。”
【發現240萬年前古人類一個大腦發育基因的額外拷貝】幾年前，Polleux教授研究組就開始進行這種基因的分析，他們發現小鼠中這種基因表達的蛋白在大腦發育過程中扮演了重要角色，比如這種分子能通過F-BAR結構域介導細胞膜形態的變化，對神經元的形態發生和遷移產生影響。
之后另外一個研究組發現SRGAP2是只在人類體內出現，而沒有在其他靈長目動物體內復制過的約30種基因之一，這一基因位于人類1號染色體上，大約600萬年前，之前的SRGAP2基因曾在同一個染色體上進行過不完全復制。復制產生的不完全副本是一種“精簡版”的SRGAP2蛋白質。
“這些進化后的基因重復與原來的基因幾乎一樣，因此無法通過傳統的基因組測序方法檢測出來”，Polleux教授說， “近五年來，科學家們發展了新型測序方法，因此能有效的繪制出這些原始人的特殊拷貝。”
為了能找到這種基因，研究人員研發了一種靈敏探針，能將原有的基因與現在的基因區分開來，結果他們在人類細胞核大腦組織培養物中找到了SRGAP2C，這是一種在高表達的活性蛋白，由SRGAP2基因重復拷貝表達，而原有基因表達的是SRGAP2A 。
Polleux教授又在小鼠體內表達了人源SRGAP2C，發現了這種蛋白在大腦發育中的關鍵作用，這種作用與他們阻斷原始SRGAP2基因之后發生的功能作用一致。
除此之外，研究人員還發現了一個有趣的現象——帶有SRGAP2基因缺失的小鼠具有癲癇易感性，“去年11月日本科學家進行的一項遺傳研究也在SRGAP2基因缺失突變的兒童中，發現了相似的結果” ， Polleux教授說。
同期Cell雜志上另外一個獨立小組的研究成果也證明了上述研究：《細胞》：新一代測序技術幫助發現未知基因。

生物通張迪