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科学家家中人类 黑猩猩面部差异的起源

文章作者:优博时时彩平台开户发布时间:2019-11-21浏览次数:1749

虽然猿是我们在灵长类动物树中最亲近的亲戚,但黑猩猩的脸与人脸完全不同。现在,斯坦福大学医学院的研究人员已经开始确定如何产生具有几乎相同遗传背景的这两个物种之间的结构差异。

关键是如何调节涉及面部发育和人类面部多样性的基因的数量,时间和位置 - 而不是基因本身之间的差异。特别是,研究人员发现,黑猩猩和人类表达不同水平的蛋白质已知可控制面部发育,包括一些涉及下巴和鼻子长度和皮肤色素沉着。

发育生物学和系统与系统生物学副教授Joanna Wysocka博士说:“我们正在努力了解最近发展过程中发生的DNA变化,并使我们与巨型蟒蛇不同。” “特别是,我们对颅面结构非常感兴趣。”它们在头部形状,眼睛位置和面部结构方面经历了许多改编,使我们能够容纳更大的大脑,直立行走甚至使用我们的喉咙进行复杂的演讲。“

研究人员创造了“细胞人类学”一词来解释早期灵长类动物发育的某些步骤是如何模仿一道菜并用它来研究基因表达的变化,这些变化揭示了我们最近的进化过去。

一项描述该研究的研究将于9月10日在Cell上发表。研究生Sara Prescott是第一作者。 Wysocka和高级研究科学家Tomasz Swigut博士分享了这项研究的资深作者。

增强区域的作用

为了比较,研究人员专注于人类和黑猩猩基因组中称为增强子区域的DNA区域。这些区域包含与DNA结合的化学标签和蛋白质,并控制基因表达的时间,地点和方式。普雷斯科特和她的同事们想知道蛋白质在发育过程中与这些增强子区域结合的方式差异是否可以解释人类和黑猩猩之间的形态差异。

“我们想看看这些增强区域的活动在最近的演变过程中是如何变化的,”Wysocka说。 “最近的许多研究表明,增强子DNA序列的变化可能介导物种之间的形态差异。”

然而,为了进行这项研究,普雷斯科特和她的同事必须获得一种特殊类型的细胞,这种细胞仅存在于灵长类动物的早期发育阶段。被称为颅神经嵴细胞的细胞在受孕后约五至六周内起源于人类。虽然它们最初出现在最终成为脊髓的部位,但神经嵴细胞随着时间的推移而迁移,影响面部形态并分化成头部,面部骨骼,软骨和结缔组织。

“这些细胞是独一无二的,”普雷斯科特说。 “如果我们想了解是什么让人类和黑猩猩与众不同,我们必须关注来源 - 负责制定这些早期模式决策的细胞类型。如果我们想看后发展或成人组织,我们将看看这些物种。差异,但他们几乎没有告诉我们胚胎发生过程中这些差异是如何发生的,但进入早期细胞类型如神经嵴细胞可能非常困难,尤其是在研究灵长类动物时。

为了获得这种难以捉摸的细胞类型,研究人员使用了由黑猩猩制成的诱导多能干细胞或iPS细胞。由容易获得的皮肤或血液样品制成的IPS细胞可以被诱导到其他组织中。虽然来自人类的iPS细胞已经得到很好的研究,但他们最近在Salk生物学研究所担任遗传学教授,共同作者Fred Gage博士的实验室使用黑猩猩。

Prescott和她的同事通过在特定条件下在实验室中培养它们来诱导人和黑猩猩iPS细胞成为颅神经嵴细胞。然后,他们检查了整个基因组的增强子区域,寻找不仅活跃的区域,因此可能参与颅面发育,还有那些似乎在人类和黑猩猩细胞之间具有不同模式或活动的区域。

“当然,人类与黑猩猩密切相关,”Wysocka说。 “这两个物种之间的大部分监管要素是相同的。但我们确实发现了一些差异。特别地,我们发现大约1,000个增强子区域,我们称之为物种偏倚,意味着它们属于物种或更有趣和另一物种中的有趣之处在于许多物种偏向的增强子和表达的基因以前已被证明参与颅面发育或者在正常的人类面部变异中。“

鼻子长度,形状和色素沉着

特别是,研究人员发现,已知影响实验室小鼠鼻子长度和形状的两个基因PAX3和PAX7以及皮肤色素沉着在人类中比黑猩猩更高。低于正常量的PAX3的人具有称为Warardenburg综合征的病症,其包括颅面,听觉和色素沉着缺陷。人类全基因组关联研究已经确定PAX3是涉及正常面部变异的区域。

相比之下,已知参与确定雀鳝和鱼鲤(称为慈溪)形状的另一种基因在人类中表达高于黑猩猩。在小鼠中,这种基因BMP4在颅神经嵴细胞中的过度表达导致面部形状的显着变化,包括颅骨的圆度和靠近面部前方的眼睛。

“我们现在正在跟进一些更有趣的物种 - 有偏见的增强剂,以更好地了解它们如何影响形态差异,”Wysocka说。 “很明显,这些细胞通路可以用来以各种方式影响面部形状。”

斯坦福大学附属研究的另一位作者是研究助理Rajini Srinivasan。

该研究得到了美国国立卫生研究院(R01GMO和U01DE),加州再生医学研究所,WM凯克基金会和创新基金的支持。

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