Enhancer DNA specifický pro člověka spojený s vývojem mozku a proliferací neuronů

Výzkum vedený v Duke University Medical Center-LED INDIPTED pro člověka specifický pro enhancer DNA, který reguluje proliferaci nervového progenitoru a velikost kortikálu. Malé genetické změny v Hare5 amplifikují klíčovou vývojovou dráhu, což má za následek zvýšenou velikost kortikálu a počet neuronů v experimentálních modelech. Zjištění mají důsledky pro pochopení genetických mechanismů, které jsou základem neurodevelopmentálních poruch.

Lidé mají výrazně větší a složitější mozkovou kůru ve srovnání s jinými druhy, což přispívá k pokročilým kognitivním funkcím. Srovnávací genomický výzkum identifikoval lidské zrychlené oblasti (HARS), segmenty nekódující DNA s genetickými změnami specifickými pro člověka. Mnoho HAR se nachází v blízkosti genů spojených Vývoj mozku a nervová diferenciace.

Protože byly identifikovány a spojeny s geny souvisejícími s mozkem tisíce HAR, dalším kritickým krokem je prozkoumat, jak tyto Regulační prvky Aktivně utvářet rysy lidského mozku.

Hare5, specifická HAR umístěná na chromozomu 10, funguje jako enhancer pro FZD8, receptorový gen zapojený do signální dráhy Wnt. Regulační modifikace v Hare5 jsou spojeny s kortikálním vývojem, ale molekulární mechanismy, kterými lidské změny nukleotidů ovlivňují chování nervového progenitoru, zůstávají nejasné.

Ve studii „člověka specifická pro enhancer jemných dolarů radiální glií účinnosti a kortikogeneze“ Publikováno v PřírodaVědci použili řadu technik editující genom, aby prozkoumali, jak změny nukleotidů v Hare5 ovlivňují kortikální vývoj.

Myší modely byly generovány s verzemi Hare5 upravené genomem, včetně sekvencí lidských, šimpanzů a myších. Indukované lidské embryonální kmenové buňky a šimpanzi Pluripotentní kmenové buňky byly upraveny tak, aby vyjádřily lidské nebo šimpanze hare5.

Lidský a šimpanz Neurální progenitorové buňky a kortikální organoidy byly analyzovány, aby se vyhodnotila aktivita zesilovače a proliferace buněk.

Editace genomu byla použita pro generování myších modelů exprimujících sekvence lidských, šimpanzů nebo myších hare5. Interference CRISPR (CRISPRI) se zaměřila na HAER5, aby posoudila jeho regulační účinek na expresi FZD8 v nervových progenitorových buňkách.

Pro vyhodnocení proliferace a diferenciace nervového progenitoru byly provedeny živé zobrazování, jednobuněčné sekvenování RNA a trasování linie.

Funkční analýzy velikosti kortikálu, počtu neuronů a dynamiky nervového progenitoru byly prováděny pomocí zobrazování vápníku širokého pole u myší. Byly analyzovány kortikální organoidy odvozené z lidských a šimpanzových kmenových buněk editovaných genomu, aby se vyhodnotila aktivita zesilovače Hare5 a proliferaci buněk.

K měření hladin genové exprese FZD8 a přidružených složek signální dráhy byly použity kvantitativní sekvenování PCR a objemové RNA.

Myši Human Hare5 knock-in myši vykazovaly ve srovnání s kontrolami zvýšenou velikost kortikálu a počet neuronů. Kvantifikace zralých neuronů odhalila významné zvýšení, zejména v horních kortikálních vrstvách.

Živé zobrazování a trasování linií prokázaly zvýšenou proliferaci a sebeobnovení radiálních gliových buněk během raných vývojových stadií, následované rozšířeným neurogenním potenciálem během střední neurogeneze. Čtyři specifické substituce lidských nukleotidů v HARE5 kolektivně řídily zvýšenou zvýšenou aktivitu, přičemž varianty I a II činily přibližně 80% účinku.

Mutace spojené s poruchou autistického spektra sousedící s variantou I významně snížily aktivitu zesílení a korelovaly se sníženou proliferací nervového progenitoru. Podmíněné knockout myší hare5 snížilo velikost kortikálu a potvrdilo nutnost zesilovače v kortikálním vývoji. Interference CRISPR potvrdila specifičnost regulačního účinku Hare5 na expresi FZD8.

Zvýšená funkční nezávislost mezi kortikálními oblastmi byla pozorována prostřednictvím zobrazování vápníku v širokém poli u myší Hare5, což naznačuje širší důsledky na úrovni sítě.

Vědci prokázali, že malé genetické změny v enhanceru DNA specifické pro člověka mohou významně změnit neurální vývoj. Zjištění nabízejí vhled do toho, jak regulační sekvence DNA ovlivňují strukturu mozku a naznačují potenciální cesty, pomocí kterých mohou evoluční změny v DNA přispět k neurodevelopmentálním poruchám.

Identifikace toho, jak specifické změny nukleotidů v pohonu Hare5 zvětšily velikost kortikálu a produkce neuronů poskytuje rámec pro zkoumání genetických faktorů, které jsou základem složitosti mozku.

Budoucí studie mohou zkoumat, jak podobné sekvence DNA ovlivňují nervovou funkci a kognitivní vývoj, s důsledky pro pochopení podmínek, jako je porucha autistického spektra.

© 2025 Science X Network