《科学》杂志：尼安德特人基因可改变现代人脑类器官中的神经发育 _科学

《科学》杂志：尼安德特人基因可改变现代人脑类器官中的神经发育
（）据EurekAlert!：用尼安德特人变体基因构建现代人脑类器官可以一窥该基因中的替代对我们物种演化的影响方式。用特定古老基因生长出脑类器官的能力提供了一种可识别和评估关系密切谱系的人族基因组间功能差异的方法，并能探索区分我们现代人与我们已灭绝亲族独特性状演变的基础。
虽然现代人及其古老的尼安德特人和丹尼索瓦人亲族的基因组在许多方面颇为相似，但它们之间的遗传差异特别令人关注，因为它们可以为近代人类演化的重要特征提供信息。例如，它们中的每一个都含有NOVA1，这是一种在演化上保守的基因，后者已知在神经发育和功能中起着关键作用。然而，现代人和古老人类的变体间存在着蛋白编码差异。
为评估NOVA1变体在功能上的重要性，Cleber Trujillo和同事从尼安德特人基因组中分离出了古老的NOVA1基因，并用CRISPR-Cas9技术将该变体引入人的多能干细胞。这令Trujillo等人能制备表达古老基因变体的现代人脑皮质的类器官。据这些结果披露，这一添加导致了脑皮质类器官的发育放缓，表面复杂性增加以及脑电物理性质出现差异。
作者认为，这种基因趋异可能对现代人的演化发展具有功能性后果。
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（）据学术经纬：在进化的历史长河中，包括尼安德特人和丹尼索瓦人在内，许多人类近亲都灭绝了，只留下我们依旧生活繁衍在这个世界上。这究竟只是单纯的幸运，抑或我们有着什么得天独厚的优势？今日，《科学》杂志上发表的一篇论文，指出原因可能在于我们大脑里的一些基因变异。
在这项研究中，加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的科学家们分析了来自现代人与尼安德特人以及丹尼索瓦人的基因组，找到了61个不同的基因。其中，一个叫做NOVA1的基因吸引了他们的注意——这是一个主要的基因调节子，能影响大脑发育过程中其他基因的剪接。
在NOVA1基因上的变异，会让我们与其他人类近亲的大脑出现不一样的地方吗？为了回答这个问题，研究人员们使用CRISPR基因编辑技术，对现代人类的干细胞进行了编辑，引入了尼安德特人NOVA1基因中的变异。随后，这些干细胞进一步发育成了大脑的类器官。它虽然不像真的大脑那样具有功能，但足以成为一个研究大脑的模型。
有意思的是，仅仅是一个基因的变异，就足以让“类尼安德特人”的大脑类器官，和现代人类的大脑类器官产生差异，甚至仅从外观就能看出区别。
而进一步研究则发现，两者形成突触的方式也不一样，甚至突触处的蛋白也各有不同。研究还发现，在“类尼安德特人”的大脑类器官发育过程中，电脉冲信号存在不同步的现象。
“看到仅仅单碱基对的变异，就能改变人类大脑编码的方式，这非常令人着迷，”本研究的负责人Alysson R 。Muotri教授说道，“我们不知道在进化的过程中，这个改变如何出现，以及何时出现。但它看起来很重要，也可以解释我们现代人的一些社会行为、语言、适应性、创造力、以及使用科技的能力等。”
未来，研究人员们计划对剩下60个基因做进一步的分析。也许在其中，还蕴藏着其他让我们成为现代人类的秘密。
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（）据澎湃新闻（采访人员贺梨萍）：尼安德特人目前只存在于博物馆、研究机构、书本之中。他们是生活在旧石器时代的史前人类，虽然和后出现的智人一度共存，但在约４万年前逐渐灭绝，最终被智人取代。
尼安德特人灭绝被认为是智力水平与人类存在现在差异。但是人类的脑容量与尼安德特人的脑容量并无多大差别，问题到底出在哪里？
最新的研究通过基因编辑技术，重建了尼安德特人式的“迷你大脑”，为解答这一问题提供了新的视角：量上没差别，但是质上的差别很大，大到外观上都有区别。
科学家已经创造出一个微小的大脑“类器官”，其包含已灭绝的人类近亲尼安德特人和丹尼索瓦人的基因变异。虽然，通过人体干细胞工程制造的大脑类器官远不能真正代表尼安德特人大脑，但其与人类大脑类器官的大小、形状和质地却有着明显的差异。这项发现刊发于2月的《科学》杂志上。该研究可以帮助科学家了解人脑进化的遗传路径。
瑞士巴塞尔大学的发育生物学家格雷·坎普（Gray Camp）说，这是一篇提出了非凡主张的非凡论文。他的实验室去年报告说，其构建的大脑类器官中所包含的尼安德特人和人类共有的基因。之前关于人类大脑进化的最新研究是通过研究人类在进化中丢失了哪些基因。但是坎普对于这些结果持怀疑态度，而他们的工作则提出了更多需要调查的问题。
人类与尼安德特人和丹尼索瓦人的关系比与任何灵长类动物都更紧密。尼安德特人的基因组中约有40％现在仍然可以在人类身上发现。但是研究尼安德特人大脑的手段非常有限，因为大脑这类的软组织很难经历岁月的考验保存完好，而且大多数研究都依赖于检查化石头骨的大小和形状。在这种情况下，了解尼安德特人的与人类的基因差异就非常重要，因为它可以帮助研究人员了解人类的独特之处，尤其是人类大脑的。
由加利福尼亚大学圣地亚哥分校的神经科学家Alysson Muotri领导的研究人员使用基因编辑技术CRISPR–Cas9将尼安德特人和丹尼索瓦人的NOVA1基因引入人类多能干细胞中，并对其进行培养，以形成类器官。最终，科学家获得了一块宽达5毫米的大脑类器官，并与正常的人脑类器官进行比较。
表达NOVA1基因的尼安德特人的大脑类器官与人类大脑类器官的差别之大，大到了外观都不同的程度。
Muotri说，人脑类器官通常是光滑的球形，而尼安德特人的大脑类器官则是粗糙的，表面复杂，而且比较小。研究者表示，这可能是由于脑细胞生长和繁殖方式不同。
为了确定这个大脑类器官到底表达了哪个古老基因，研究人员比较了一个人类基因组序列库和两个尼安德特人、一个丹尼索瓦人的近乎完整的基因组。他们发现了61个基因与其人类版本始终不同。其中，NOVA1参与形成大脑突触或神经的连接，并在其活性发生改变时与神经系统疾病相关。
人类NOVA1基因不同于前述古老基因（这些古老基因仍然存在于其他活的灵长类动物中），是一个单一碱基。Muotri说，几乎所有的现代人拥有的NOVA1基因版本都是现代版本，而不是尼安德特人或丹尼索瓦人旧版本的NOVA1基因。这一事实表明，人类版的NOVA1基因在进化过程中的某些时候为我们提供了巨大的优势。因此，最新的问题是，这些优势是什么？
尼安德特人式大脑类器官与人类大脑类器官的差异在分子水平上也持续体现着。研究小组发现了277个活性不同的基因。已知其中一些基因会影响神经元发育和连通性。结果显示，尼安德特人式大脑类器官含有不同水平的突触蛋白，其神经元的连接比人类大脑类器官的要少。同时，有证据表明尼安德特人式大脑类器官成熟更快，也就是说，大脑神经元发育时间更短。