人类拥有最强大脑的生物基础

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与其他哺乳动物相比,人类的大脑皮层是最大的。脑细胞皮层多次折叠以容纳在颅骨内,大脑皮层负责高级功能,处理我们看到、听到和想到的一切事物。

大脑皮层的扩张使人类有别于其他灵长类动物。但一直以来,科学家们还未能了解这一进化发展背后的机制。

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免疫染色两周后,神经组细胞分化为神经元

  加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)Kosik分子与细胞神经生物学实验室的一项新近研究发现,一个长链非编码核糖核酸(IncRNA)能够调节神经发育(ND),被命名为IncND。该研究已发表在《神经元》上。

该研究项目的负责人,UCSB分子细胞发育生物系神经科学研究的Kenneth S. Kosik教授表示,IncND只在灵长类动物的人类分支中存在,这是一段不编码产生蛋白质的核苷酸。我们证明了IncND在神经发育时打开,在细胞成熟后关闭。

该研究论文的第一作者、来自Kosik实验室的博士后学者Neha Rani,发现了一些IncND与微RNA的结合位点,其中一个是与IncND结合的微RNA-143。Rani表示,研究发现IncND能够通过隔离microRNA来调节Notch蛋白表达。Notch蛋白在神经发育过程中是非常重要的调节器,它参与细胞分化和细胞结局,在神经发育途径中至关重要。

Kosik将IncND描绘成将这些小分子核糖核酸如同海绵一样结合的一个microRNA的平台,这使得North水平在神经发育时可被调节。当大脑成熟后,IncND水平下降,这些microRNA会离开这一平台并渗透进入Notch来降低其水平。我们都希望Notch水平在大脑发育时高一些,而达到成熟后降低。这一IncND能够迅速改变Notch水平。

为了观察这些细胞培养结果可否在人类细胞中得到复制,Rani用人类干细胞来将神经元生长为“迷你脑”。在这豆状大小的脑组织里,她发现了负责产生IncND的亚群——放射性胶质细胞(神经干细胞)和神经前体细胞。

研究者希望能在真实的人脑组织中看到放射性胶质细胞的活动,因此他们向加州大学旧金山分校(下文简称UCSF)医学院发育与干细胞生物学研究项目的同事寻求帮助。使用原位杂交技术,USCF的研究者发现IncND存在于神经前体细胞而非成熟神经元中。

Kosik表示,这验证了IncND存在于脑组织的设想,但还需进一步证明IncND的功能。

因此UCSF团队进一步将IncND导入孕期老鼠的胎脑,并用绿色荧光蛋白标记来观察其早期发育模式。结果显示,IncND对发育有着重要的功能性作用。Kosik表示,当在胎鼠身上过度表达IncND时,确实影响了其发育模式,早期发育模式中出现了更多前体细胞,虽然老鼠并不产生IncND。

Kosik认为,这项研究不仅发现了对人脑发育至关重要的基因,还为很有可能导致人类大脑变大的成分提供线索。研究发现IncND可能是使人类大脑变大的重要因素。另一个有趣的发现为IncND能够帮助调节Notch信号传导。

文章来源于中国生物技术网

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