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Science:人类大脑皮层的结构受到哪些基因影响?

来源:中检健康 编辑:中检健康 时间:2020-03-23
人类的大脑皮层虽然只有3毫米厚,却是高级认知功能的核心区域。人类皮层表面积和厚度的变化与神经、心理和行为特征相关,可以通过磁共振成像(MRI)进行测量。不过,哪些遗传位点影响了大脑皮层的结构,目前还了解不多。

为了鉴定与人类皮层结构相关的遗传变异,一个国际研究团队利用60个队列中的5万多名个体的大脑MRI数据,开展了全基因组关联荟萃分析。他们分析了整个皮层以及34个功能已知的皮层区域的表面积和平均厚度。

研究人员发现,常见的遗传变异解释了大脑皮层表面积差异的三分之一,并解释了皮层厚度差异的四分之一。他们的结果似乎支持放射单元假说(radial unit hypothesis),该假说认为皮层表面积受到神经祖细胞增殖的影响,而皮层厚度受神经元分裂次数的控制。这项成果于3月20日发表在《Science》杂志上。

澳大利亚QIMR Berghofer医学研究所的Katrina Grasby及其同事在论文中写道:“皮层的高度多基因结构表明,不同基因参与了特定皮层区域的发育。”此外,影响皮层结构、大脑发育和神经精神疾病的基因位点之间存在重叠,这些表型之间的相关性值得进一步研究。

研究人员采集了51,665名个体(主要是欧洲血统)的大脑MRI数据,对皮层表面积和皮层厚度进行全基因组关联荟萃分析。他们一开始检查了33,992名个体的70种不同表型,然后又对17,673名参与者重复了他们的分析。

在经过多次检测校正后,他们发现有199个基因座与皮层结构相关。其中,187个基因座影响了皮层表面积,而12个影响了皮层厚度。他们估计,常见变异解释了34%的皮层表面积变化,也解释了26%的皮层厚度变化。

在他们发现的基因座中,rs1117173是与皮层表面积相关的基因座,这个数量性状位点可能影响胎儿和成人皮层中的核糖体蛋白RPS26;rs12630663也与皮层表面积相关,它在中胚层转录因子Eomes基因附近。同时,与皮层厚度相关的基因座rs533577是RPSA的胎儿皮层eQTL,RPSA编码层粘连蛋白受体。

研究人员指出,皮层表面积和厚度之间存在负的遗传相关性。影响皮层表面积的许多遗传变异会影响胎儿发育过程中神经祖细胞所表达基因的调控。不过,影响皮层厚度的遗传变异会影响成人大脑样本中那些活跃的调控元件。他们认为,这些结果与放射单元假说是一致的,该假说认为影响表面积和厚度的发育机制不同。

作者在文中写道:“这项工作确定了与皮层表面积和厚度相关的基因组范围内重要位点,让人们对大脑皮层的遗传结构及其图案形成有了更深入的了解。”(生物通 薄荷)

原文检索:The genetic architecture of the human cerebral cortex

Science  20 Mar 2020:
Vol. 367, Issue 6484, eaay6690
DOI: 10.1126/science.aay6690
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