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王弘毅導讀：黑猩猩與我們有何差別－FZD8影響細胞週期，改變新皮層的發育日期: 2017-11-03 23:20:40產業趨勢

作者:BioGroup管理員

 
黑猩猩。圖／pixabay
導讀／王弘毅｜台大生態學與演化生物學研究所教授
原文研究／Boyd, J. Lomax, et al. "Human-chimpanzee differences in a FZD8 enhancer alter cell-cycle dynamics in the developing neocortex." Current Biology 25.6 (2015): 772-779.
說到人類與其它生物的區別，一般人很難不聯想到我們獨特的大腦。跟人類的近親黑猩猩比起來，我們腦部發育有許多獨特的地方，例如細胞週期加快，皮層新生(corticogenesis)時期延長，以及特大的新皮層(neocortex)。
雖然早在1975年King與Wilson就提出這些獨特的變化主要是由於基因表達量的改變，而非基因本身編碼區改變所造成，時至今日吾人對於人類腦部特化的遺傳基礎仍然所知有限。
近期的研究發現，許多高度保守的非編碼調節區(例如啟動子與強化子)，在人類譜系中有快速演化的現象。此外，這些快速改變的調節區，經常位於與腦部發育有關基因的附近。種種現象似乎支持，改變基因組中控制基因表達的非編碼區域，對於人類特化的大腦有重要的貢獻。於是尋找在靈長類之間高度保守，卻在人類演化歷程中快速改變的非編碼調節區域，並研究其功能，也許可以解開人類大腦特化之謎。
本文作者發現長度約1,200 bp的強化子HARE5 (human-accelerated regulated enhancer)， 在人類與黑猩猩分道揚鑣之後，在人類累積了10個變異，但是在黑猩猩中僅有6個變異，這個現象符合上述候選基因的標準。除此之外，HARE5還有兩個值得注意的地方；(1)HARE5可以在新皮層發育時期活化下游的基因；(2) HARE5位於Frizzled 8 (FZD8)基因的上游，FZD8是Wnt訊號傳遞路徑中的一個成員，而Wnt訊號傳遞路徑在新皮層發育時期扮演非常重要的角色。因此合理的推測，HARE5在人類的快速演化的結果可以增加FZD8的表現，進而改變人類新皮層的發育。
為了研究HARE5在人類腦部特化的角色，研究人員首先分別將人類與黑猩猩的HARE5轉殖至小鼠，並發現在皮質新生的過程中，人類的HARE5活性高於黑猩猩的HARE5。進一步的實驗也證實HARE5區域確實會與FZD8的啟動子接觸。
研究人員於是分別建構受人類、黑猩猩、以及小鼠HARE5控制的小鼠FZD8基因片段，並且產生基因轉殖小鼠。結果發現，帶有人類HARE5的基因轉殖鼠在皮質新生時，神經元先驅細胞的細胞週期有加快的現象。此外，神經細胞的數目也增加了，這或許與細胞週期的加速有關。最後，這些小鼠的皮質區比起帶有黑猩猩HARE5的基因轉殖鼠增大約12%。
這個研究支持16年前Pasko Rakic 所提出的模型：神經元先驅細胞的差異是造成人類特異於其它靈長類腦部的關鍵。HARE5加速細胞週期而造成神經元先驅細胞以及神經細胞增加。增多的神經細胞會影響細胞排列以及結構，最後導致新皮層的增大。
※本文出自於王弘毅博士facebook公開社團 西址檢驗大樓 638 演化遺傳學實驗室（原文連結），若需轉載請徵得原作者同意。