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Nat Neurosci:中科院计算生物所Philipp Khaitovich研究组发现大脑新皮层分层结构的人类特有转录组特征

摘要 : 2017年4月17日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Neuroscience》杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院计算生物学研究所Philipp Khaitovich研究组题为“Comprehensive transcriptome analysis of neocortical layers in humans, chimpanzees and macaques”的研究成果。

2017年4月17日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Neuroscience》杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院计算生物学研究所Philipp Khaitovich研究组题为“Comprehensive transcriptome analysis of neocortical layers in humans, chimpanzees and macaques”的研究成果。研究对人、黑猩猩、恒河猴大脑前额叶皮质分层结构进行了转录组研究,首次对灵长类不同物种大脑功能的这一重要结构基础的分子生物学特征进行了全面的刻画及比较,并发现了人类特有的前额叶分层结构转录组变化。博士后何志嵩、韩丁丁等为论文第一作者,Philipp Khaitovich研究员为论文通讯作者。

新皮层是哺乳类大脑的特有结构,与记忆、学习等认知能力紧密相关;其灰质具有特别的六层分层结构,其中每一分层具有不同类型的细胞及神经元连接,因而具有不同的功能,而不同分层间的分工与合作是哺乳类大脑功能的重要基础。然而长期以来,人们对这一分层结构在灵长类、特别是人类大脑全基因组水平上的基因表达图谱特征缺乏全面了解;而对其在哺乳类进化中发生的转录组水平变化、特别是其对人类大脑进化过程的贡献更是缺乏认识。

为了解决这一问题,Philipp Khaitovich研究员领导的研究团队运用了非监督大脑组织切片和高通量RNA-seq技术,结合生物信息学处理手段,对人类以及黑猩猩、恒河猴这两种灵长类近源物种的大脑前额叶皮质分层结构的转录组进行了系统性测量与比较。研究发现,尽管灵长类的前额叶分层结构具有基本保守的转录组特征,人类前额叶分层结构的转录组发生了显著的变化,其分层特异性的基因表达变化远多于黑猩猩。这一结果提示前额叶分层结构的重组变化可能对人类大脑的功能进化起着非常重要的作用。同时,免疫组化实验分析还显示,这一表达变化广泛发生于神经元及星状胶质细胞等神经胶质细胞,意味着不同细胞类型对于人类大脑功能的变化均具有非常重要的作用。

原文链接:

Comprehensive transcriptome analysis of neocortical layers in humans, chimpanzees and macaques

原文摘要:

While human cognitive abilities are clearly unique, underlying changes in brain organization and function remain unresolved. Here we characterized the transcriptome of the cortical layers and adjacent white matter in the prefrontal cortexes of humans, chimpanzees and rhesus macaques using unsupervised sectioning followed by RNA sequencing. More than 20% of detected genes were expressed predominantly in one layer, yielding 2,320 human layer markers. While the bulk of the layer markers were conserved among species, 376 switched their expression to another layer in humans. By contrast, only 133 of such changes were detected in the chimpanzee brain, suggesting acceleration of cortical reorganization on the human evolutionary lineage. Immunohistochemistry experiments further showed that human-specific expression changes were not limited to neurons but affected a broad spectrum of cortical cell types. Thus, despite apparent histological conservation, human neocortical organization has undergone substantial changes affecting more than 5% of its transcriptome.

来源: Nature Neuroscience 浏览次数:0

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