揭開人類大腦新皮層（neocortex）發育的秘密（續）

上次在「揭開人類新皮層（neocortex）發育的秘密」一文中，跟大家分享了HARE5會使FZD8的表現量上昇，於是老鼠的大腦長大了10%。

當然，大腦大很重要，但是人的大腦不只是大而已，還有很多皺摺（腦迴）！如果光只是腦大無摺，就是所謂的「平腦症」（Lissencephaly），是一種發育障礙，平腦症的患者會有發展遲緩的問題，而且平均壽命也比一般人短很多。根據美國國家衛生院（NIH）的資料，平腦症的孩子在十歲以前就會夭折。

平腦症。圖片來源："Lissencephaly" by Ralphelg - Own work.
Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.

最近，來自德國普朗克研究所（Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics）的研究團隊發現，當他們把人類的ARHGAP11B基因表現在小鼠體內時，小鼠的腦皮質幹細胞（cortex stem cells）數目增加了接近一倍，而且還產生了腦迴。

找到這個基因可不容易。一開始研究團隊花了一些時間比較流產的人類嬰兒的大腦與小鼠的大腦的構造，在比較與觀察時，研究團隊發現大腦皮層發育的過程很複雜，一種幹細胞可以再分化為數種不同的幹細胞，然後再接著分化下去。

最後他們決定幫每一種大腦皮層幹細胞建立一個螢光標記，以方便追蹤。說來容易作來難，不過最後還是完成了。接著，他們終於可以開始比較人跟老鼠的不同了。

比較的結果得到56個基因。其中一個，就是ARHGAP11B。但是為什麼選了它呢？原來，ARHGAP11B只存在於人、丹尼索瓦人以及尼安德塔人。黑猩猩雖然有它，但是是個殘缺的版本，也就是，黑猩猩不能表現ARHGAP11B。而老鼠沒有這個基因。

於是，研究團隊便在小鼠中表現這個基因，結果就是：除了腦皮層幹細胞幾乎加倍，還看到腦迴的出現。

最近有關大腦發育的新發現好多呀！不過筆者很期盼有一天我們真的能了解我們的大腦是怎麼運作的呢！

參考文獻：

Elizabeth Pennisi. 2015/2/26. Xeroxed gene may have paved the way for large human brain. Science Now.

揭開人類新皮層（neocortex）發育的秘密

人類在地球上之所以能獨樹一格，主要就是因為我們有發達的大腦。我們的大腦，尤其是新皮層的發育，使我們發展出複雜的語言、文字、發明創造的能力，這些能力，即使在其他的靈長類中，我們也仍然超前。

究竟是什麼讓我們的大腦，尤其是新皮層，如此發達呢？許多科學家都致力於解開這個謎團，但是到目前為止成果有限。

最近，在杜克大學（Duke University）的研究團隊，似乎摸到了這個謎團的邊邊！

圖片來源：Current Biology

研究團隊發現了一個人類加速調節增強子HARE5（human-accelerated regulatory enhancer 5），它會加強一個FZD8（Frizzled 8）的表現。FZD8是一個受體（receptor），它的表現，會使得腦神經細胞加速分裂，造成新皮層增大了百分之十二。

研究團隊發現，HARE5會直接跟FZD8的啟動子接觸。當他們把HARE5用黑猩猩（Pan troglodyte）的取代時，發現雖然黑猩猩的HARE5與人的在序列相似度上最高，但是卻無法使FZD8的表現量上昇，於是新皮層就沒有變大。

研究團隊在這個題目上已經努力了多年。最近這些年，他們致力於尋找人類和猩猩在大腦早期發育時，表現量不同的增強子（enhancer）。HARE5是從一百零六個候選的增強子中找到的。

他們對於這個結果覺得很開心，不過也認為，這不過是剛開始而已。才剛剛摸到對的邊，接下來還有得工作可做呢！

參考文獻：

2015/2/19. Mouse embryo with really big brain: Evolving a bigger brain with human DNA. Science Daily.

J. Lomax Boyd et. al., 2015. Human-Chimpanzee Differences in a FZD8 Enhancer Alter Cell-Cycle Dynamics in the Developing Neocortex. Current Biology 25： 1–8.