Science:大脑类器官研究,或揭示人类灭绝尼安德特人之谜

2022-10-05 神经新前沿 生物世界

该研究通过通过重新引入在尼安德特人和丹尼索瓦人中发现的 NOVA1 基因的古老版本,并使用人类大脑类器官来评估该古人类基因在神经发育过程中的作用。

尼安德特人(Homo neanderthalensis),简称尼人,是一种20万年前活跃在欧洲地区的古人类,他们从12万年前开始统治着整个欧洲亚洲西部以及非洲北部,但令人惊讶的是,大约在3.5万年前,尼安德特人的生活范围却开始快速缩小,最终在约3万年前彻底灭绝了

值得注意的是,距今3.5万年前,正是智人,也就是我们现代人类,来到欧洲的时间。由此我们不难推测——尼安德特人的消失,与智人有脱不开的干系。实际上,许多学者也认为正是智人的到来给尼人带来了灭顶之灾。

相比之下,身体更弱的智人,何以能战胜并灭绝了更强壮的尼安德特人呢?

2021年2月,美国加州大学圣地亚哥分校等单位的研究人员在国际顶尖学术期刊 Science 杂志发表了题为:Reintroduction of the archaic variant of NOVA1 in cortical organoids alters neurodevelopment 的研究论文。

研究团队发现了现代人类尼安德特人丹尼索瓦人这两种已灭绝古人类存在的一个重要差异基因——NOVA1。通过CRISPR-Cas9基因编辑,将古人类的NOVA1基因版本引入人类多能干细胞,并培养成“大脑类器官”,发现古人类“大脑类器官”神经发育细胞增殖突触连接相关基因的剪接发生了明显改变。

结果表明,在人类和尼安德特人“分开”之后, NOVA1 基因在现代人类中形成了稳定的新版本,这很可能对我们人类这个物种的进化产生功能性影响

图片

尼安德特人作为一个人种已经灭绝了数万年,但是,他们实际上又“无处不在”,在智人与尼安德特人共同存在的短暂时间里,他们发生了通婚,因此尼安德特人的基因永远的留存在了智人中,DNA研究分析表明,我们现代人类有1%~4%的尼安德特人基因成分

但是,科学家们对尼安德特人这一已灭绝的古人类的大脑的研究手段却非常有限,往往只能依赖于检测化石头骨的大小和形状,因为大脑这类软组织很难保存数万年之久。

图片

现代人类头骨(左)与尼安德特人头骨(右)

了解尼安德特人等古人类与现代人类的基因差异非常重要,这有助于了解人类的独特之处,尤其是人类大脑的独特之处。

首先,研究团队比较了现代人类尼安德特人以及丹尼索瓦人的基因组序列,发现了61个现代人类与古人类始终不同的基因。其中一个名为 NOVA1 的基因非常特殊,该基因参与大脑突触或神经连接的形成,其活性发生改变时与神经系统疾病相关

几乎所有的现代人类都拥有 NOVA1 基因的现代版本,而与古人类不相同,这说明,NOVA1 基因给现代人类进化过程中提供了巨大的优势。

那么问题来了,究竟提供了哪种优势呢?

接下来,研究团队通过CRISPR–Cas9基因编辑技术,将尼安德特人丹尼索瓦人的 NOVA1 基因形式引入人多能干细胞中,然后将这些人多能干细胞培养成“大脑类器官”,这些类器官是类似于大脑组织的团块,直径约5毫米,这种大脑类器官虽然距离真正的大脑相去甚远,但也可以作为研究大脑的有效模型。

非常明显的是,表达古人类 NOVA1 基因变体的大脑类器官,与现代人类大脑类器官的外形并不相同,现代人类的是光滑的球形,而古人类的类器官则具有粗糙、复杂的表明,并且体积更小,这可能是由于细胞生长和繁殖方式的差异导致的。

 

图片

类尼安德特人的大脑类器官(左),现代人类的大脑类器官(右)

除了外形上肉眼可见的不同,这两种类器官在分子水平也存在明显差异,研究团队发现古人类大脑类器官与现代人类大脑类器官之间有277个基因活性存在差异,其中有些基因已知会影响神经元发育和连接。这些差异导致古人类大脑类器官含有不同水平的突出蛋白,其神经元被激活的更少。

 

图片

总的来说,该研究通过通过重新引入在尼安德特人和丹尼索瓦人中发现的 NOVA1 基因的古老版本,并使用人类大脑类器官来评估该古人类基因在神经发育过程中的作用,结果表明,在人类和尼安德特人“分开”之后, NOVA1 基因在现代人类中形成了稳定的新版本,这很可能对我们人类这个物种的进化产生功能性影响。

论文链接:

https://science.sciencemag.org/content/371/6530/eaax2537

版权声明:
本网站所有注明“来源:梅斯医学”或“来源:MedSci原创”的文字、图片和音视频资料,版权均属于梅斯医学所有。非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章,或“梅斯号”自媒体发布的文章,仅系出于传递更多信息之目的,本站仅负责审核内容合规,其内容不代表本站立场,本站不负责内容的准确性和版权。如果存在侵权、或不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
在此留言
评论区 (0)
#插入话题

相关资讯

Current Biology:癌症患者独有的古老DNA

一种改变了尼安德特人(Neanderthal)和丹尼索瓦人(Denisovan)的古老逆转录病毒,现在被发现同样也在现代人类——某些癌症患者的DNA中留下了一些改变。来自英国的一个研究人员小组在《当代生物学》(Current Biology)杂志的一篇论文中,著述了这一惊人的研究发现。【原文下载】 多年来,科学家们已经知道一些病毒不仅可以影响动物(和人类)的普通生物学

Nature & Science:原始人与尼安德特人杂交孕育了现代人类

日前,科学家们表示,过去人类和尼安德特人发生的几次性交孕育了现在的我们,影响了我们的外貌和面对疾病时的不堪一击。但尼安德特人留给我们的基因也强调了我们与其他姐妹物种之间的差别。 尼安德特人生活在 20 万至 3 万年前的欧洲和亚洲。我们的祖先——也被称为现代人类——大约于 6.5 万年前到达欧亚大陆,因此两个物种有足够多的时间接触。2010 年,基因学家发现这两个物种的确是非常亲密的邻居。他们对

尼安德特人基因仍影响现代人

近日,研究人员在《细胞》杂志上报告称,尼安德特人的DNA仍影响着现代人一些基因的“开关”。而研究这些古老基因对现代基因表达的影响,有助于理解精神分裂症和狼疮等疾病的风险。4万年前,最后一个尼安德特人去世,但他们的很多基因依然存在,零星地“藏身于”现代人身上。不过,这种古老人类基因对现代人产生的影响尚不清楚。这些片段会影响人们的基因功能吗,或仅仅是“无声的旅客”?该研究合作者、美国华盛顿大学

Science:TKTL1基因一个氨基酸的改变,让人类大脑胜过尼安德特人?

一个关键蛋白——TKTL1 上的一个氨基酸的差异,让我们人类比尼安德特人具有了显著优势,增加了大脑神经细胞的产生,这可能是现代人类与已灭绝的其他古代人类之间的认知差异的基础。