《細胞》在線發表研究成果：新證據揭示人類大腦進化基因組調控機制

國際頂尖期刊《細胞》1月27日在線發表了中科院昆明動物研究所與北京大學合作的一項成果：首次產生了非人靈長類動物的高精度三維基因組學圖譜資源，并通過跨物種多組學分析，發現了人類特異的染色質結構和腦發育調控元件，為闡明人類大腦發育的進化機制提供了新思路和證據。

“人類進化過程中，所有器官包括大腦的形成都是源于在進化過程中基因組不斷積累的功能性突變。”昆明動物研究所研究員宿兵介紹，獼猴與人類具有較近的親緣關系，在人類大腦的起源、發育機制和腦疾病的研究中，是最理想的動物模型。

宿兵、李程和張世華三個團隊攜手，通過學科交叉合作開展了跨物種腦發育3D基因組的研究。首先利用Hi-C技術構建了中國獼猴胎腦神經發育高峰期的高分辨3D基因組圖譜，高精度解析腦發育中基因組的空間組織方式。同時，還解析了獼猴胎腦的轉錄組圖譜、染色質開放區圖譜以及染色質錨定蛋白CTCF的分布圖譜，首次構建了獼猴胎腦發育的染色質精細空間構象，鑒定了包括染色質區室、染色質拓撲結構域以及染色質環等不同尺度的染色質構象，以及基因組在大腦發育中發揮重要作用的調控元件。

通過與已發表的公共數據整合，他們還展開了人類、獼猴和小鼠的跨物種3D基因組的比較，該研究發現了眾多人類特異染色質結構，總數達1765個之多。這意味著大腦發育在人類祖先中進化出更為精細的轉錄調控網絡。重要的是，通過整合分析人腦發育的單細胞表達譜數據，他們發現這些人類特異結構調控的基因在胎腦的SP層顯著表達，由此推測其對人類特異發育模式可能發揮重要作用。這一研究結果首次為SP層在人類特異腦結構的發育和形成中的重要作用提供了證據。

此外，研究團隊還發現基因組中很多人類特異突變，可能導致在人類大腦發育中產生新的轉錄因子結合位點，并形成人類特異的染色質高級結構。

(趙漢斌)