科学进展:揭示灵长类大脑发育的第三个关键基因BRN2

来源：生物世界2022-03-07 08:32

在大脑发育过程中，灵长类动物和啮齿类动物的基因数量相似，然而，灵长类动物已经高度进化和扩展了大脑。如何在不增加基因数量的情况下实现灵长类大脑的进化扩展，是脑科学研究的关键问题之一。目前已知，这种高度进化的扩张主要是由神经前体细胞(RGCs)数量的大量增加引起的。大量研究表明，灵长类动物的大脑可以通过两种方式

在大脑发育过程中，灵长类动物和啮齿类动物的基因数量相似，然而，灵长类动物已经高度进化和扩展了大脑。如何在不增加基因数量的情况下实现灵长类大脑的进化扩展，是脑科学研究的关键问题之一。

目前已知，这种高度进化的扩张主要是由神经前体细胞(RGCs)数量的大量增加引起的。大量研究表明，灵长类大脑实现进化扩张的途径有两种：一种是基因因突变而在灵长类RGCs中特异性表达，促进灵长类RGCs的扩张；另一种是基因突变产生新的灵长类特异性基因，特异性调节RGCs的扩增。

但不清楚是否存在第三种情况，——，即序列保守的基因在进化过程中功能不同，专门促进灵长类大脑的扩张。由于这种基因无法被啮齿类动物发现，相关研究变得异常困难。然而，揭示这类基因不仅可以促进我们对灵长类大脑独特发育机制的理解，还可以为神经系统各种疾病的治疗提供重要的理论依据。

昆明理工大学灵长类转化医学研究所李天庆教授、牛玉玉教授、季院士领导的研究团队在《科学进展》上发表了题为《brn 2作为关键基因驱动早期灵长类心灵感应发展》的研究论文。

本研究首次发现灵长类脑发育中存在第三类基因BRN2(保守基因序列)，在灵长类和啮齿类的rgc中均有表达，但通过表达在时间和空间上的差异产生新的功能，促进灵长类端脑和腹侧神经节隆突的rgc扩张。这项研究为灵长类大脑发育提供了新的理论机制。

在小鼠中，BRN2在胚胎E14.5的RGC和皮质神经元中表达，BRN2敲除不影响小鼠大脑的神经发育，小鼠可以健康出生。

在这项研究中，研究人员发现BRN2在食蟹猴胚胎E30(相当于小鼠E9.5)的腹侧端脑RGCs和E49(相当于小鼠E12.5)的全端脑RGC中特异表达，明显早于小鼠。

对不同发育阶段猴胎脑的分析表明，BRN2的表达与猴侧脑室神经的增殖和扩张密切相关。为了进一步分析BRN2的功能，研究人员通过对猴1-细胞胚胎进行基因操作，获得了BRN2-/-猴。通过病理学和广谱单细胞转录组分析，研究人员发现BRN2敲除会导致猴胎儿在妊娠中期死亡，促进皮质RGCs原位分化产生神经元，减少RGCs的增殖。此外，BRN2调节内侧(MGE)和尾侧/外侧(CGE/LGE)神经节隆起的分离，BRN2的缺乏会导致RGC过早分化为中间神经元，导致中间神经元的异常发育。BRN2是第一个被鉴定的特异性调节灵长类中间神经元的转录因子。此外，通过使用人类多能分化产生的脑器官，研究人员验证了BRN2的功能在人类RGCs和猴子RGCs中高度保守。

最后，分子机制揭示了BRN2可以直接调控基因STAT3和SOX2影响灵长类动物的神经发育。总之，本研究发现BRN2基因在灵长类和小鼠大脑中存在明显的功能差异，揭示了在灵长类大脑的发育和进化中存在第三种保守基因，由于表达的时空差异，在灵长类大脑的发育中产生了新的功能。这项研究还表明了利用灵长类动物开发灵长类动物大脑的重要性。(100yiyao.com)

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