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是什么让人类与众不同?被忽视的DNA中或许隐藏着答案

  •   来源:学术经纬
  • 时间:2021-10-19
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核心提示:我们知道,黑猩猩是人类在演化道路上的近亲,从基因上看黑猩猩也和我们有很多相似之处。到底是什么让人类和黑猩猩区分开来,成为

      我们知道,黑猩猩是人类在演化道路上的近亲,从基因上看黑猩猩也和我们有很多相似之处。到底是什么让人类和黑猩猩区分开来,成为了一种与众不同的动物呢?
      “我相信,大脑是理解人何以为人的关键。”瑞典隆德大学(Lund University)的神经科学家Johan Jakobsson教授认为,“人类是怎么发展到能用他们的大脑建设社会,教育孩子,发展各种先进的技术的?这是很神奇的。”
      为了寻找答案,Jakobsson教授和同事们决定对人和黑猩猩的脑细胞进行比较。不过,出于伦理道德,我们无法直接从活人和活的黑猩猩脑中获取细胞。于是,这些科学家使用了一项先进的技术,在实验室里培养干细胞使之发育为脑细胞。
      这项技术曾在2012年获得诺贝尔生理学或医学奖的认可,日本科学家山中伸弥和英国科学家约翰·戈登发现成熟的体细胞可以重新编程,成为具有分化潜力的多功能干细胞,继而发育成其他类型的细胞。
      应用这项多能干细胞技术,Jakobsson教授的研究小组只需获得一些人和黑猩猩的皮肤细胞,然后将其重新编程为干细胞,再引导干细胞分化为前脑的神经祖细胞(fbNPC)。

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▲用人和黑猩猩的诱导多能干细胞培育脑细胞的实验流程示意图(图片来源:参考资料[1])

      在对分化后获得的细胞进行测序等一系列分析后,研究人员惊讶地发现,人和黑猩猩的脑细胞发育过程中,一些被人忽视DNA序列可能发挥了相当大的作用,最终导致我们和黑猩猩的大脑工作方式不一样。
      这些DNA序列在基因组中属于被长期忽视的大部分。通常,人们普遍关注基因组中编码蛋白质的DNA序列,但其实这些序列只占整个基因组的2%。而研究人员的发现表明,影响大脑发育差异的内容可能隐藏在其余的98%中。
      他们发现的这些DNA序列是一种所谓的DNA结构变异,由不断重复的核苷酸序列组成长串,被称为数量可变的串联重复VNTR。事实上,以前人们不知道这类DNA片段有什么用,甚至给它们贴上了“垃圾DNA”的标签。
      但这项研究指出,有这样一种DNA结构变异,在人类细胞中影响了多种转录因子的表达活性,从而控制了人类大脑发育过程中的基因调控网络。

注:原文有删减

参考资料:
[1] Pia Johansson et al., (2021) A cis-actingstructural variation at the ZNF558 locus controls a generegulatory network in human brain development. Cell Stem Cell. Doi:10.1016/j.stem.2021.09.008

[2] What makes us human? The answer may befound in overlooked DNA. Retrieved Oct. 9, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/930987

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