Science发布人类重要调控元件图谱

 耶鲁大学医学院的一项新研究发现，在人类形成大脑皮质的进化过程中有数千的遗传“调光”开关（称作为调控元件的DNA区域）被调高。

不同于猕猴和小鼠，在人体中这些开关显示活性增高，在大脑皮质中它们可能驱动了一些基因的表达。大脑皮质是与意识思维和语言相关的一个大脑区域。这种差异或许可以解释相比其他的哺乳动物，人类这一大脑区域的结构和功能如此独特的原因。

这项由James P. Noonan、Steven K. Reilly和Jun Yin共同领导的研究，发布在3月6日的《科学》（Science）杂志上。

除建立了一个丰富及详细的人类特异性基因调控变化目录之外，Noonan和同事们指出了可能受这些对于大脑发育至关重要的调控元件操控的一些生物学过程。

Kavli 神经科学研究所研究员、遗传学副教授Noonan说：“构建更复杂的皮质有可能涉及几件事：生成更多的细胞，改变皮质区功能，以及改变神经元相互建立的联系。我们在人类中发现的一些调控改变与这些过程有关联。这有可能牵涉了细胞增殖、皮质图式发育和通常在许多物种间非常保守的其他一些发育过程的进化改变。”

科学家们已精于比较不同物种的基因组，来鉴别出造成这些差异的DNA序列改变。但有许多的人类基因与其他灵长类动物的基因非常相似，表明除基因自身的变化外，它们调控方式的改变也使得人类生物学与众不同。

但到目前为止，检测这些改变并阐明它们尤其在发育大脑中的影响非常具有挑战。耶鲁大学的研究人员利用一些新的实验和计算工具鉴别出了大脑皮质中一些活性调控元件，并研究了它们的生物学效应。

首先，Noonan和同事们通过搜索一些特殊的表观遗传修饰，在皮质发育的头12周绘制出了人类基因组活化调控元件图谱。他们对猕猴和小鼠的发育大脑完成了相同的工作，随后比较了三张图谱鉴别了在发育人类大脑中显示更大活性的这些元件。他们发现在人类中有几千个调控元件显示活性增高。

接下来，他们想知道这些调控改变的生物学影响。该研究小组转而借助了一种免费获取的人类生命期大脑基因表达数字图集BrainSpan。他们利用这些数据鉴别出了数组在大脑皮质中协同表达的基因。他们随后将发现的一些调控改变加到这组基因上，鉴别出了一些生物学过程与人类相当惊人数量的调控改变有关联。

第一作者Steven Reilly 说：“我们常常认为人类大脑是一个高度创新的结构，令人惊讶的是这些调控元件中有许多看起来在对构建所有哺乳动物皮质至关重要的一些古老过程中起作用。不过操控这些可用的工具来生成一些新特征及功能常常是进化的一个标志。”

接下来，Noonan和同事们打算研究他们发现的一些调控改变的功能，通过将它们导入到小鼠基因组中来研究它们对于小鼠大脑发育的影响。