加州大學圣克魯斯分校的研究人員領(lǐng)導的一項研究表明，僅在人類中發(fā)現(xiàn)的一組三個幾乎相同的基因似乎在我們大腦的發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。

這些基因出現(xiàn)在3百萬到4百萬年前之間，就在化石顯示人類祖先的大腦大小急劇增加之前。在現(xiàn)代人類中，基因參與與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的遺傳缺陷。

該研究于5月31日發(fā)表在《細胞》雜志上，該研究代表了五年多的研究工作，目的是表征基因，它們在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用以及它們的進化起源。它們屬于一個古老的基因家族，稱為Notch基因，該基因首先在果蠅中發(fā)現(xiàn)，并因引起缺刻翅膀的遺傳缺陷而得名。

“這是一個基因家族，可追溯到數(shù)億年前的進化歷史中，并且在胚胎發(fā)育中起著重要作用。發(fā)現(xiàn)人類擁有這個家族的新成員參與了大腦發(fā)育，這非常令人興奮，加州大學圣克魯斯分校的生物分子工程學教授兼科學主任大衛(wèi)·豪斯勒(David Haussler)說。

1號染色體長臂上的基因位點與遺傳缺陷有關(guān)，在遺傳缺陷中，很大一部分DNA被復制或缺失，導致神經(jīng)系統(tǒng)疾病，統(tǒng)稱為1q21.1缺失/復制綜合征。缺失通常與小頭畸形(異常大的頭部大小)和孤獨癥有關(guān)，而重復通常與巨頭畸形(異常大的頭部大小)和精神分裂癥相關(guān)。

共同祖先

新的人類特異性Notch基因是從NOTCH2(先前已知的四個哺乳動物Notch基因之一)中衍生出來的，通過復制事件將NOTCH2的額外部分拷貝插入基因組而實現(xiàn)。這發(fā)生在人類，黑猩猩和大猩猩的共同祖先的古老猿類物種中。部分重復是一個無功能的“假基因”，在黑猩猩和大猩猩的基因組中仍然可以找到它的版本。然而，在人類譜系中，當將其他NOTCH2 DNA復制到其位置時，該假基因得以“恢復”，從而創(chuàng)建了一個功能基因。然后，這個新基因被重復了多次，從而產(chǎn)生了僅在人類中發(fā)現(xiàn)的四個相關(guān)基因，稱為NOTCH2NL基因。

四個NOTCH2NL基因之一似乎是一個無功能的假基因，但是其他三個(NOTCH2NLA，NOTCH2NLB和NOTCH2NLC)是激活基因，可指導原始NOTCH2蛋白的截短形式的產(chǎn)生。Notch蛋白參與細胞之間和細胞內(nèi)的信號傳導。在許多情況下，Notch信號通路調(diào)節(jié)著整個身體發(fā)育器官中干細胞的分化，告訴干細胞何時成為例如成熟的心臟細胞或神經(jīng)元。

加州大學圣克魯斯分校的科學家，資深作者索菲·薩拉瑪說：“已經(jīng)知道，Notch信號在發(fā)展中的神經(jīng)系統(tǒng)中很重要。”“ NOTCH2NL似乎能放大Notch信號，從而導致神經(jīng)干細胞增殖增加和神經(jīng)成熟延遲。”