Credit: Pixabay/CC0公共领域 人类特有的特定基因数量相对较少,而胚胎发育期间不同哺乳动物物种大脑皮层中保守和表达的基因数量要大得多
一个根本未解决的问题是,在不同物种的进化过程中,这些指导大脑皮层发育的高度保守基因的表达是如何被如此不同地调节的
在科学进展发表的一篇论文中,来自阿利坎特神经科学研究所(西班牙)的研究人员
“神经发生和皮质扩张”小组的负责人维克多·博雷尔研究了这个问题,他将注意力集中在一个能产生一种叫做MIR3607的微小核糖核酸的基因上
他们还发现,在大脑较小的物种中,如老鼠,在进化过程中,MIR3607的表达缺失或“沉默”导致其大脑皮层的大小急剧减少,而大脑皮层最终决定了大脑的大小
此外,它的大脑皮层变得光滑,这与大多数哺乳动物相反,大多数哺乳动物通过脑回和脑沟以波峰和波谷起伏的方式增加其表面积
啮齿类动物大脑进化中这种二次缺失的遗传机制直到现在都是完全未知的
维克多·博雷尔说:“通过我们的工作,我们表明microRNA MIR3607在灵长类和食肉动物(如雪貂)的大大脑皮层中胚胎表达,但在小鼠中不表达。”
微小核糖核酸(miRNAs)是不产生蛋白质的小核糖核酸,但调节其他基因的表达,这就是为什么它们在胚胎发育过程中至关重要
然而,尽管miRNAs具有调节基因表达的能力,但令人惊讶的是,在大脑进化和扩张的背景下,它们很少受到关注
“通过这项工作,我们已经确定MIR3607是Wnt/β-Catenin信号级联的重要调节剂,这是一种在大脑皮层胚胎发育中具有关键功能的途径,因为它调节干细胞增殖和细胞分化等过程
我们的发现也符合最近的发现,即微小核糖核酸在早期皮质发育中的重要性,调节神经干细胞的扩增和它们产生的胚层的稳态
博雷尔
进化挫折 从进化的角度来看,这一发现表明“发育中的大脑皮层中MIR3607表达的缺失可能是啮齿动物进化过程中大脑尺寸二次缩小的一个关键因素
在胚胎小鼠大脑皮层中缺少MIR3607提出了一个关键的、至今仍未解答的问题,即它的激活是如何被调节的,”八岁前的研究者、这篇论文的第一作者Kaviya Chinnappa解释道
哺乳动物进化中大脑皮层扩张和折叠的总趋势在一些哺乳动物群体中被逆转,例如新大陆的猴子,尤其是啮齿动物,它们的大脑进化得比它们的祖先更小更光滑
博雷尔指出:“我们的结果首次确定,在小型哺乳动物进化过程中,MIR3607的缺失是为了缩小小鼠大脑皮层的大小。”
“微小核糖核酸在动物物种中通常高度保守
人类、猕猴、雪貂和小鼠中MIR3607的相似性表明这种microRNA在小鼠大脑中具有保守的功能
因此,我们推断,如果我们通过实验在小鼠胚胎大脑中重新表达MIR3607,我们就可以阐明它在大脑皮层发育中的作用,”Chinnappa解释道
从Dr
博雷尔的小组在小鼠胚胎的大脑皮层中发现,这种微小核糖核酸的表达本身就足以促进大脑心室区的扩张,心室区是产生神经元的干细胞诞生的地方
此外,他们证实了人类大脑器官样细胞中MIR3607的过度表达也会导致这些干细胞的扩增
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