Cell：我国迷信家提醒了发育进程中许多人类特同性的染色质构造变动

2021年2月4日讯/BIOON/---在一项新的研讨中，中国迷信院昆明植物研讨所研讨员宿兵（Su Bing）传授、北京年夜学性命迷信院研讨员李程（Cheng Li）传授与中国迷信院数学与体系迷信研讨院研讨员张世华（Shihua Zhang）传授引导的一个研讨团队报道了迄今为止最高分辩率的灵长类植物年夜脑三维基因组，并通过跨物种多组学阐发和试验验证，展现了人类年夜脑退化的分子调控机制。相关研讨成果于2021年1月27日在线颁发在Cell期刊上，论文题目为“3D Genome of macaque fetal brain reveals evolutionary innovations during primate corticogenesis”。

图片来自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.01.001。

人类年夜脑发育的共同形式源于人类退化进程中积聚的基因变动。在数目庞年夜的分歧基因变动中，只有一小部门物种间的变动具备紧张的功效。今朝面对的挑战是若何确定招致人类年夜脑发育共同形式的因果变动及其调控机制。猕猴与人类在上类似，是研讨人脑来源和发育机制的抱负模子。

包含人类在内的哺乳植物物种的基因组长约两米，被紧缩在直径只有10微米的细胞核中。这种非随机紧缩的特色是有组织的三维散布，这对细胞在发育进程中的增殖和分解十分紧张。近期，全基因组染色体构造捕捉技术（简称Hi-C）的创造为剖析年夜脑发育进程中基因组的精密构造提供了一个很好的机遇。

在这项新的研讨中，这些研讨职员通过跨学科单干，对年夜脑三维基因组进行了跨物种阐发。他们起首应用Hi-C技术构建了猕猴胎儿年夜脑的高分辩率三维染色质构造图。这种Hi-C图谱的分辩率到达了1.5 kb，代表了迄今为止灵长类植物年夜脑的最高分辩率，它已成为提醒三维基因组构造细节的有用的组学数据集。与此同时，他们还天生了转录组图、染色质开放区图和锚定卵白CCCTC联合因子（CTCF）图。

基于这些多组学数据，这些研讨职员初次构建了猕猴胎儿年夜脑染色质构造的精密图谱，并辨认了分歧标准的染色质构造，包含染色质区室、拓扑相关构造域（TAD）和染色质环。他们还发现了基因组中的调理元件，如加强子。

随后，他们应用已颁布的人类和小鼠年夜脑Hi-C数据，进行了跨物种比拟，发现了许多人类特同性的染色质构造变动，包含499团体类特同性TAD和1266团体类特同性染色质环。值得注意的是，这些人类特同性染色质环被证实富含加强子-加强子互相作用，代表了人类退化进程中年夜脑发育微调机制的来源。

基于对人类年夜脑发育的单细胞转录组数据的阐发，这些研讨职员察看到这些人类特同性染色质环相关基因在板基层（subplate lamina）中高度表白，板基层是年夜脑发育中的一个瞬时区域，对神经回路的造成和可塑性至关紧张。这项研讨发现，与猕猴和小鼠相比，人类板基层出现齿外扩张，厚度约为皮质板（cortical plate）的4倍。板基层在出身后开端削减并终极消逝，人们对这一瞬时区域知之甚少。这一发现为板基层在发育进程中造成人类特有的年夜脑构造中的症结作用提供了第一个证据。

此外，这些研讨职员还发现，许多人类特同性渐变（如点渐变和构造变动）位于TAD界限和染色质环锚定区域，这能够是转录因子的新联合位点和人类特同性染色质构造的来源。他们研讨了一个波及EPHA7基因的例子，EPHA7基因在板基层中高度表白，对神经元树突发育至关紧张。EPHA7的人类特同性点渐变招致人类特同性加强子和染色质环的造成。通过在细胞系中进行波及加强子敲除的试验，他们证实了人类特同性EPHA7加强子可以惹起EPHA7表白的调控变动，影响树突的发育。这项研讨对人脑来源的机制有了新的意识，是三维年夜脑基因组的名贵资本。（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

1.Xin Luo et al. . Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.01.001.

2.3-D genome brain study uncovers human-specific regulatory changes during development

https://phys.org/news/2021-01-d-genome-brain-uncovers-human-specific.html