2018年4月11日

变异雪貂提供了人类大脑大小的线索

一只经过基因工程改造的雪貂可能有助于揭示人类是如何拥有大大脑的。

通过使一种与人类大脑异常小有关的基因失活，研究人员创造了第一只神经系统突变的雪貂。霍华德·休斯医学研究所(HHMI)研究员克里斯托弗·沃尔什说，尽管这项工作的最初动力是研究人类大脑疾病和发育，但研究结果也揭示了人类大脑在进化过程中是如何扩张的。

波士顿儿童医院的沃尔什说:“我是一名神经学家，研究患有发育性脑部疾病的儿童。”“我从没想过自己会窥视人类的进化史。”

他和同事，以及Byoung-Il Bae在耶鲁大学的实验室，于2018年4月11日在杂志上报告了这项工作自然．

通常，人类大脑的外层，称为大脑皮层，很大，高度折叠。但在胚胎大脑形成的过程中，可能会出现问题，导致大脑皮层小得多。这种情况发生在小头畸形症中，这种情况下婴儿的头和大脑都比正常婴儿小得多。小头畸形症可能有遗传根源，也与最近爆发的寨卡病毒有关。

研究人员已经确定了在这种情况下发挥作用的基因，其中一些基因对胚胎发育期间的大脑皮层生长至关重要。一种叫做该模型例如，它将人类大脑的大小减少了50%，使其与黑猩猩的大脑大小相同。

为了更好地了解人类的小头畸形症，科学家们对老鼠进行了研究，但从老鼠身上了解人类的疾病可能很棘手。老鼠的大脑比人脑小一千倍，而且缺少几种人类丰富的脑细胞。灭活该模型老鼠的大脑只缩小了10%。这是一种非常微妙的缺陷，这些动物被称为该模型沃尔什领导着波士顿儿童医院和哈佛医学院的艾伦探索中心，他说，基因敲除小鼠，对人类皮层发育的了解有限。

这促使Bae和Walsh的团队进行基因失活，或“敲除”，该模型哺乳动物的大脑皮层更大，更弯曲，更像人类。沃尔什说，雪貂符合这一要求，因为它们是一种脑容量大的哺乳动物，繁殖迅速且容易。“从表面上看，雪貂似乎是一个有趣的选择，但30年来它们一直是大脑发育的重要模型。”

尽管如此，科学家们还没有对雪貂的遗传学进行过多的研究。关于该模型淘汰赛雪貂被认为是新品种，而且有点冒险。2013年，沃尔什向HHMI介绍了他的项目，并获得了实现该项目所需的预算支持。他的团队的该模型淘汰赛雪貂是迄今为止创造的第二个淘汰赛雪貂。这项研究的合著者之一、爱荷华大学的约翰·恩格尔哈特(John Engelhardt)近10年前首次对囊性纤维化进行了研究。

沃尔什、裴和他们的同事发现，他们的雪貂比老鼠更准确地模拟人类小头症。雪貂的大脑出现了严重萎缩，大脑重量减少了40%。而且，就像患有这种疾病的人一样，皮层厚度和细胞组织被保留了下来。

更重要的是，雪貂揭示了人类大脑在进化过程中成长的一种可能机制。在过去的七百万年里，人类大脑的大小增加了两倍。这种扩张大部分发生在大脑皮层内。

的确，在变异雪貂身上，研究人员追踪到了大脑皮层一种被称为外放射状胶质细胞(ORGs)的干细胞的缺陷。org是由能够在皮层中制造各种不同细胞的干细胞产生的。沃尔什的团队发现了这一点该模型调节这些干细胞和组织之间转变的时间。这会影响组织细胞与其他类型细胞的比例。因此,调整该模型到底能不能拨上或拨下号码的神经细胞沃尔什说，不需要同时改变许多基因。