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Cell重大成果:一個基因重復如何讓人成為人

時間:2012-5-7閱讀:558
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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(fā)表了題為“Inhibition of SRGAP2 Function by Its Human-Specific Paralogs Induces Neoteny during Spine Maturation”的文章,發(fā)現(xiàn)了一個大腦發(fā)育基因的額外拷貝,這一拷貝出現(xiàn)在240萬年前的古人類基因組中,能幫助成熟神經(jīng)細胞遷移到更遠部位,以及發(fā)展更多連接。這是成功解析這一基因,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教授的研究團隊完成,上海交通大學生命科學技術學院神經(jīng)科學研究所金衛(wèi)林副研究員也參與合作研究。金衛(wèi)林副研究員早年畢業(yè)于武漢大學生物化學專業(yè),2004年第四軍醫(yī)大學全軍神經(jīng)科學研究所神經(jīng)生物學研究生畢業(yè),獲博士學位。2005年底轉(zhuǎn)業(yè)到上海交通大學,聘為神經(jīng)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,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(fā)現(xiàn)一個大腦發(fā)育基因的額外拷貝能促進成熟神經(jīng)細胞遷移到更遠部位,以及發(fā)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?qū)儆趕rGAP家族,能通過F-BAR結(jié)構域介導細胞膜形態(tài)的變化,從而對神經(jīng)元的形態(tài)發(fā)生和遷移產(chǎn)生影響。
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SRGAP2能幫助神經(jīng)細胞產(chǎn)生與相鄰細胞之間的,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(chuàng)新范例”,Polleux教授說,“這項研究發(fā)現(xiàn)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(fā)生的一種新觀點,也為我們分析人類特殊發(fā)育疾病,比如自閉癥和精神分裂癥,提供了線索。”

幾年前,Polleux教授研究組就開始進行這種基因的分析,他們發(fā)現(xiàn)小鼠中這種基因表達的蛋白在大腦發(fā)育過程中扮演了重要角色,比如這種分子能通過F-BAR結(jié)構域介導細胞膜形態(tài)的變化,對神經(jīng)元的形態(tài)發(fā)生和遷移產(chǎn)生影響。
之后另外一個研究組發(fā)現(xiàn)SRGAP2是只在人類體內(nèi)出現(xiàn),而沒有在其他靈長目動物體內(nèi)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*復制。復制產(chǎn)生的不*副本是一種“精簡版”的SRGAP2蛋白質(zhì)。

“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(tǒng)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(fā)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(fā)了一種靈敏探針,能將原有的基因與現(xiàn)在的基因區(qū)分開來,結(jié)果他們在人類細胞核大腦組織培養(yǎng)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(nèi)表達了人源SRGAP2C,發(fā)現(xiàn)了這種蛋白在大腦發(fā)育中的關鍵作用,這種作用與他們阻斷原始SRGAP2基因之后發(fā)生的功能作用一致。
除此之外,研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)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(fā)現(xiàn)未知基因 。

來源:生物通

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