人類獨有的特定基因數(shù)量相對較少，而在胚胎發(fā)育過程中不同哺乳動物物種的大腦皮層中保守和表達(dá)的基因數(shù)量要多得多。一個尚未解決的基本問題是，在不同物種的進(jìn)化過程中，這些指導(dǎo)大腦皮層發(fā)育的高度保守基因的表達(dá)如何受到如此不同的調(diào)節(jié)。
在Science Advances上發(fā)表的一篇論文中，來自阿利坎特神經(jīng)科學(xué)研究所(西班牙)的研究人員，該研究所是西班牙國家研究委員會和埃爾切米格爾埃爾南德斯大學(xué)的聯(lián)合中心，由“神經(jīng)發(fā)生和”研究所主任 Víctor Borrell 博士領(lǐng)導(dǎo)皮層擴(kuò)張”小組，通過關(guān)注產(chǎn)生稱為 MIR3607 的 microRNA 的基因來研究這個問題。他們還發(fā)現(xiàn)，在大腦較小的物種中，例如小鼠，在進(jìn)化過程中 MIR3607 的表達(dá)缺失或“沉默”會導(dǎo)致其大腦皮層的大小急劇減少，這最終決定了大腦的大小。
此外，它的大腦皮層變得光滑，這與大多數(shù)哺乳動物相反，后者一直在通過腦回和腦溝以峰谷起伏的方式增加其表面積。直到現(xiàn)在，嚙齒動物大腦進(jìn)化中這種繼發(fā)性損失背后的遺傳機(jī)制還是完全未知的。“通過我們的工作，我們表明 microRNA MIR3607 在靈長類動物和食肉動物(例如雪貂)的大大腦皮層中胚胎表達(dá)，但在小鼠中沒有表達(dá)，”Victor Borrell 說。
微小 RNA (miRNA) 是小 RNA，它們不會產(chǎn)生蛋白質(zhì)，但會調(diào)節(jié)其他基因的表達(dá)，這就是為什么它們在胚胎發(fā)育過程中必不可少的原因。然而，盡管 miRNA 具有調(diào)節(jié)基因表達(dá)的能力，但在大腦進(jìn)化和擴(kuò)張的背景下，它們很少受到關(guān)注。
“通過這項工作，我們已將 MIR3607 鑒定為 Wnt/β-連環(huán)蛋白信號級聯(lián)的重要調(diào)節(jié)因子，該通路在大腦皮層的胚胎發(fā)育中具有關(guān)鍵功能，因為它調(diào)節(jié)干細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化等過程。我們的發(fā)現(xiàn)也符合最近關(guān)于 miRNA 在早期皮質(zhì)發(fā)育中的重要性的發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞的擴(kuò)增和它們產(chǎn)生的胚層的穩(wěn)態(tài)，”Borrell 博士解釋說。
進(jìn)化挫折
從進(jìn)化的角度來看，這一發(fā)現(xiàn)表明“發(fā)育中的大腦皮層中 MIR3607 表達(dá)的缺失可能是大腦尺寸二次縮小的關(guān)鍵因素二次縮小的關(guān)鍵因素。小鼠胚胎大腦皮層中 MIR3607 的缺失提出了關(guān)鍵它的激活是如何被調(diào)節(jié)的，這個問題仍然沒有得到解答，”博士前研究員和本文的第一作者 Kaviya Chinnappa 解釋道。
某些哺乳動物群體(例如新大陸猴，尤其是嚙齒動物)逆轉(zhuǎn)了哺乳動物大腦皮層擴(kuò)張和折疊的進(jìn)化趨勢，它們的大腦進(jìn)化得比它們的祖先更小、更光滑。“我們的結(jié)果首次確定，在小型哺乳動物進(jìn)化過程中選擇了 MIR3607 的丟失，以減少小鼠大腦皮層的大小，”Borrell 指出。
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