Science：多啟動子調控大腦的神秘結構

　　科學家們發現，非編碼DNA序列影響著大腦的特征性折疊，他們找到了與大腦皮層折疊(cortical convolution)有關的基因。大腦皮層折疊是人類大腦表面的一種神秘結構，多年以來圍繞著這一結構產生了各種各樣的猜想和假說。而這項研究將幫助人們更好的理解這種大腦結構的形成和演化，以及它們對大腦功能的實際影響。

　　迄今為止，人們并不清楚這種皮層折疊的作用，但相關的理論卻非常多。舉例來說，有人認為這些折疊是機體的冷卻系統，還有人提出愛因斯坦的天才來源于他大腦的皮層折疊。

　　研究人員發現，一個影響GPR56基因的突變，會使大腦側裂(Sylvian fissure)附近的皮層折疊變得更薄也更為卷曲。這項研究于二月十四日發表在Science雜志上，文章向人們展現了基因對大腦物理性折疊的控制，為皮層發育的神秘機制提供了新的線索。

　　“人們已經發現了一些引起皮層異常的基因突變，并將它們用于產前診斷，”哈佛大學醫學院和波士頓兒童醫院的Byoung-il Bae說，他是本文的一位第一作者。“我們希望把這一突變也列入其中。”

　　Bae及其同事對五名布羅卡區域(大腦的語言中心)存在異常的患者進行了基因組研究，這些人患有難以治愈的癲癇，以及智力和語言障礙。他們發現在這五名患者體內，GPR56基因的調控元件存在著一種突變。遺傳學家們一直認為，基因組中的這種非編碼區域在進化中有重要作用。

　　為了研究上述GPR56啟動子序列的實際影響，研究人員構建了轉基因小鼠。他們發現，低表達的GPR56(以mRNA水平衡量)，減少了布羅卡區域和側裂附近的神經前體細胞生成，這些前體細胞能最終形成神經元。與之相反的是，該基因的過表達會增加相應區域的前體細胞。不過研究人員也強調，這項研究中的啟動子突變并不是影響GPR56的唯一非編碼序列。據推測，這種GPR56啟動子的出現，是在胎盤哺乳動物從進化樹上分支開的時候。

　　“我們的研究顯示，前體細胞的區域性增殖受到多個啟動子的控制，在此基礎上大腦的不同區域形成了差異性的腦回(折疊)，”Bae說。“這些啟動子引入了更多的調控開關，它們是人類進化的重要遺傳學工具，”

　　研究人員指出，與小鼠相比人類GPR56基因的啟動子和調控元件要復雜得多，這意味著人類的大腦發育受到更精密的控制。

　　那么皮層折疊究竟起到什么作用呢?Bae認為，這是一種讓有限的大腦空間裝下大量神經元和膠質細胞的發育策略。“人類神經元數量是黑猩猩的十二倍，”他解釋道。“但我們頭骨只比黑猩猩頭骨大三倍。”