2018年1月14日，在一項新的研究中，來自美國加州大學(xué)洛杉磯分校等研究機構(gòu)的研究人員首次構(gòu)建出人類神經(jīng)發(fā)生（neurogenesis）的基因調(diào)控圖譜，其中在神經(jīng)發(fā)生中，神經(jīng)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腦細(xì)胞并且大腦皮層在尺寸上擴(kuò)大。他們鑒定出調(diào)控我們的大腦生長并且在某些情形下為在生命后期出現(xiàn)的幾種大腦疾病奠定基礎(chǔ)的因子。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年1月11日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“The Dynamic Landscape of Open Chromatin during Human Cortical Neurogenesis”。

人類大腦與老鼠和猴子的大腦不同，這是因為人類大腦具有更大的皮層。作為大腦器官中最為高度發(fā)育的部分，大腦皮層負(fù)責(zé)思考、感知和復(fù)雜的溝通?？茖W(xué)家們剛開始了解促進(jìn)人類大腦發(fā)育的分子和細(xì)胞機制以及它們在人類認(rèn)知中發(fā)揮的重大作用。

大腦發(fā)育是由某些大腦區(qū)域或細(xì)胞類型在特定時間段的基因表達(dá)引導(dǎo)的?；虮磉_(dá)，即將我們的DNA中的指令轉(zhuǎn)化為功能性產(chǎn)物（如蛋白）的過程，在多種水平上受到在關(guān)鍵時刻作為通斷開關(guān)發(fā)揮作用的DNA片段的調(diào)節(jié)。但是在此之前，還沒有人構(gòu)建出描述在神經(jīng)發(fā)生期間這些開關(guān)在染色體上的活性和位置的圖譜。

通過采用一種被稱作ATAC-seq的分子生物學(xué)技術(shù)，這些研究人員繪制出在神經(jīng)發(fā)生中有活性的基因組區(qū)域。他們將這些數(shù)據(jù)與這些大腦區(qū)域中的基因表達(dá)數(shù)據(jù)結(jié)合起來。他們還使用了以前公布的關(guān)于染色體折疊模式的數(shù)據(jù)。染色體折疊模式影響遺傳信息的編碼方式。這些結(jié)合在一起的數(shù)據(jù)有助他們鑒定出神經(jīng)發(fā)生中的關(guān)鍵基因的調(diào)控元件。一個被稱作EOMES/Tbr2的基因當(dāng)被關(guān)閉時與嚴(yán)重的大腦畸形相關(guān)聯(lián)。

這些研究人員利用CRISPR技術(shù)證實了這些靶基因的作用。利用CRISPR技術(shù)，他們能夠移除細(xì)胞中的特定DNA片段，從而剔除一部分調(diào)控開關(guān)，隨后就可評估它們對基因表達(dá)和神經(jīng)發(fā)生的影響。 這些研究人員發(fā)現(xiàn)，在生命后期患上的一些精神疾病，如精神分裂癥、抑郁癥、注意缺陷多動障礙（ADHD）和神經(jīng)過敏癥，起源于胎兒大腦發(fā)育的最早階段。他們說，甚至一個人的未來智力在神經(jīng)發(fā)生期間就開始在形成。

這些研究人員還發(fā)現(xiàn)一個重大的機制，該機制可解釋人類大腦皮層要比非人靈長類動物的大腦皮層更大。他們鑒定出一個改變成纖維細(xì)胞生長因子受體2（FGFR2）表達(dá)的基因組序列，其中FGFR2調(diào)節(jié)著包括細(xì)胞增殖和分裂在內(nèi)的重要生物過程，并且給細(xì)胞賦予特定的任務(wù)。這個基因組序列在人類中的活性要比在小鼠和非人類靈長類動物中更強，這有助于解釋為什么人類大腦更大。