人类和苍蝇对大脑发育和功能采用非常相似的机制

有了这些新发现,科学家有可能更好地了解基因和脑回路中可能发生的细微变化,这些细微变化会导致精神健康障碍,例如焦虑症和自闭症谱系障碍。

尽管在物理上有很大的不同,但研究发现,苍蝇,老鼠和人类的大脑在它们的形成方式和功能方面相似。数据表明,构成昆虫和哺乳动物大脑发育的遗传机制非常相似,但这可以用两种不同的方式来解释,其中有人认为它为哺乳动物和昆虫提供了单一祖先的证据,而另一些人认为它可以支持大脑独立进化多次的理论。

这项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的研究是由伦敦国王学院,亚利桑那大学,鲁汶大学和莱布尼兹研究所DSMZ进行的这项合作研究,提供了有力的证据,证明调节基因活性的机制是形成三聚氰胺所必需的。对于控制行为重要的大脑区域,对于昆虫和哺乳动物而言是相同的。

最令人惊讶的是,他们已经证明,当这些调节机制在昆虫和哺乳动物中受到抑制或削弱时,它们会遇到非常相似的行为问题。这表明控制基因活性的相同构件对于大脑回路的形成及其执行的与行为相关的功能都是必不可少的。研究人员认为,这提供了这些机制已经在一个共同祖先中建立的证据。

该研究的资深作者,来自伦敦国王学院的精神病学,心理与神经科学研究所(IoPPN)的Frank Hirth博士说:“据我所知,这是第一项提供人脑与蝇脑相似源的证据的研究。我们的研究表明,人类,果蝇和小鼠的类似行为机制通过协调机制建立了行为协调必不可少的大脑回路,这表明它们截然不同的大脑的进化可以追溯到超过五亿年前的共同祖先大脑。”

亚利桑那大学丽晶神经科学教授,该研究的合著者尼古拉斯·斯特劳斯菲尔德(Nicholas Strausfeld)说:“ 关于大脑如何进化的七巧板仍然缺少盒子上的图像,但是目前添加的碎片表明其起源很早。在今天我们看到的大脑的巨大多样性中,尽管经过了修改,但在相当长的时间内仍保持了必要的电路。”

该研究的重点是果蝇的大脑中脑-三脑边界(DTB)和包括人类在内的脊椎动物中脑-后脑边界(MHB)。利用基因组数据,研究人员确定了在大脑回路形成中起主要作用的基因,这些回路负责果蝇DTB和人类MHB的基本运动。然后,他们确定了控制这些基因何时何地表达的基因组部分,也称为顺式调控元件。

研究人员发现,果蝇,小鼠和人类中的这些顺式调控元件非常相似,表明它们具有与这些大脑区域发育相同的基本遗传机制。通过操纵果蝇的相关基因组区域,使它们不再适当地调节基因,研究人员发现其行为受到了随后的损害。这与对人的研究发现相对应,研究人员发现基因调控序列或受调控基因本身的突变与行为问题有关,包括焦虑症和自闭症谱系障碍。

赫斯博士评论说:“多年来,研究人员一直在寻找行为背后的机制基础,我想说,我们通过确定中脑回路形成和功能所需的这些基本遗传调控机制,发现了拼图游戏的关键部分。如果我们能理解这些非常小的,非常基本的组成部分,它们的形成和功能,那么将有助于找到在遗传水平上出现问题而导致这些疾病的后果的答案。”

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