早在2004年,0effortweightloss.com,宿兵团队通过对人类大脑发育关键基因MCPH1的分子进化研究,首次发现该基因的蛋白序列在人类起源中发生了多个位点的人类特有变异。

 

宿兵解释道,我们的研究是自1974年SP神经元被发现以来,首次从遗传学层面证实SP神经元基因表达调控的变化对人类大脑发育的重要作用。

胎脑SP层是脑发育早期神经环路及神经可塑性形成的重要脑层,在人类进化过程中SP层出现了显著的扩张,其厚度可以达到皮层厚度的4倍左右。但由于在胎儿出生以后,该脑层逐渐消失,人们对其形成机制和功能了解较少。

首创工作

学科交叉

感觉、知觉、注意力、记忆、理解、语言和思维等大脑的认知功能,赋予人类智慧和创造力。了解人类大脑进化的调控机制就是发现人类大脑在遗传调控上与其他物种的差别,而这种差别是导致人类与众不同的脑结构以及人类智力起源的关键因素。

宿兵说:“我们通过进化遗传学、生物信息学和数学学科的交叉合作,开展跨物种脑发育3D基因组的研究,解决了这一难题。”

未来,宿兵还将带领团队继续探索人类起源与进化的遗传机制,进一步解析SP层对人类大脑发育的作用。“大脑的进化发育(Evo-Devo)研究也是解析人类大脑起源遗传机制重要视角。”宿兵希望团队可以研究更多的大脑发育关键节点以及在进化上跨度更大的物种(原始脊椎动物等),以了解动物在进化过程中如何从小而简单的大脑逐步变成大且复杂的大脑。

此外,通过整合分析人脑发育的单细胞表达谱数据,研究人员发现这些人类特异的染色质环(Loops)调控的基因在胎脑的SP(subplate)层显著表达,由此推测人类特异的染色质环(Loops)对SP层的人类特异发育模式可能发挥重要作用。

谈及该项研究的主要创新点,宿兵表示首先合作团队利用Hi-C技术,构建了中国猕猴胎脑神经发育高峰期的高分辨3D基因组图谱。“这是目前包括人类在内的灵长类大脑分辨率最高的3D基因组图谱,达到了1.5kb的分辨率,可以高精度地解析脑发育中基因组的空间组织方式。”

随后,团队对转基因猴的认知能力进行了检测,发现与野生型对照猴相比转基因猴的工作记忆能力明显提高,说明大脑发育的延缓对转基因猴的智力提升可能是有益的,类似于人类大脑发育的幼态持续现象。

全基因组染色质空间构象捕获(以下简称Hi-C)等最新高通量组学技术的开发,为精细解析大脑发育过程中基因组的三维组织方式和分子调控机制提供了有力的工具。如何将多组学的数据进行整合分析,发现人类特异的调控元件和调控网络?

宿兵说:“这些人类特异的染色质环内部的调控模式,提示大脑发育在人类祖先中进化出了更为精细的转录调控网络。”