网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Nature | 沈音/Kriegstein/Hawkins团队绘制发育中人脑胶质细胞的三维表观基因组图谱

0
分享至


人类大脑皮层在进化过程中显著扩张,为复杂认知和行为奠定了结构基础。放射状胶质细胞(radial glia,RG)既是重要的神经干细胞,也为新生神经元迁移提供支架。其中,脑室放射状胶质细胞vRG)和外放射状胶质细胞oRG)具有不同的空间位置和细胞命运。oRG在灵长类和人类大脑中显著扩增,被认为是推动皮层扩张的关键细胞类型。

基因能否被精确开启或关闭,不仅取决于DNA序列,也受到基因组三维结构的影响。远端顺式调控元件(cis-regulatory elements,CREs)可通过三维染色质环与靶基因启动子接触,从而调控基因表达。鉴于多数神经精神疾病相关变异位于非编码区域,绘制细胞类型特异的“调控元件—靶基因”图谱尤为重要。然而,人类皮层发育期胶质细胞,尤其是vRG和oRG的三维表观基因组及其细胞类型和物种差异,仍缺乏系统研究。

2026年9月2日,加州大学旧金山分校(UCSF)的沈音(Yin Shen)Arnold Kriegstein与华盛顿大学的R. David Hawkins团队在Nature发表题为3D Epigenome of Glial Cell Types in Developing Human Cortex的研究论文。该研究构建了发育中人脑四类胶质/神经干细胞的多维表观基因组图谱,解析了增强子—靶基因连接,并揭示了精神分裂症风险变异和人类加速进化区域(HARs)的潜在调控作用。


首先,研究团队从妊娠中期人脑皮层中分选vRG、oRG、少突胶质细胞前体细胞(OPC)和小胶质细胞(MG),整合RNA-seq、ATAC-seq、WGBS和PLAC-seq,分别描绘基因表达、染色质开放性、DNA甲基化及三维染色质互作。团队在每类细胞中鉴定出超过6万个候选顺式调控元件(cCREs),并获得分辨率较此前提高4倍的启动子互作图谱,从而将远端调控元件连接到潜在靶基因。转基因小鼠实验进一步显示,15个RG候选元件中有11个具有胚胎脑增强子活性,说明多组学整合可以精确的鉴定调控元件。

随后,研究团队比较了vRG和oRG,发现两类细胞间存在7,941个差异开放区域,而差异甲基化区域仅有756个,提示染色质可及性更能反映RG亚型差异。转录因子分析显示,ASCL1、TCF4和TCF12偏向vRG开放染色质,LHX2则与oRG密切相关。在培养的oRG中敲低LHX2后,星形胶质细胞相关基因上调,G1期细胞比例增加,分化神经元比例下降。这些结果支持LHX2维持oRG自我更新并抑制其向星形胶质细胞样状态转变。这与此前在小鼠模型中观察到的结果较为一致【1,2】,提示LHX2在神经发生过程中具有保守的调控功能,而这一作用在人类oRG中可能尤为突出。

研究团队进一步将三维表观基因组与脑疾病遗传学数据整合。MG的互作cCRE特异性富集阿尔茨海默病相关的SNP遗传度。vRG、oRG和OPC的互作cCRE富集注意缺陷多动障碍和精神分裂症遗传度。自闭症相关遗传度则主要富集于vRG和oRG。这表明不同脑疾病的非编码遗传风险可能通过不同发育细胞类型中的调控元件发挥作用。

为了筛选潜在功能变异,研究团队利用细胞类型特异的染色质可及性数据训练机器学习模型。在11,360个精神分裂症候选变异中,112个被预测会改变染色质可及性。其中,rs4449074位于vRG神经增强子hs3134内;模型预测风险等位基因T会降低该区域的开放性。转基因小鼠实验进一步证实,与非风险等位基因C相比,风险等位基因T驱动的前脑增强子活性明显减弱。

最后,研究团队关注可能参与人类大脑进化的人类加速进化区域(HARs)。vRG和oRG的cCRE均显著富集HARs。进一步比较发现,72个oRG差异开放区域与HARs重叠,而vRG中仅有13个。将其他主要神经细胞类型纳入比较后,oRG中的HAR富集仍然显著存在。

在565个于oRG中开放的HAR中,研究团队筛选出一批可能改变染色质可及性的关键变异。其中,HARsv2_1313与ROCK2启动子发生三维互作。CRISPR干扰HARsv2_1313会降低ROCK2表达,并提高神经前体细胞中Ki67+细胞的比例。结合人类特异性等位基因具有较低预测开放性的结果,该研究提出HARsv2_1313活性降低可能通过下调ROCK2,延长神经前体细胞的增殖状态,从而与人类皮层扩张相联系。

另一个案例HARsv2_1602位于距离EPHA4超过1 Mb的“基因沙漠”中。人类特异性等位基因被预测会破坏转录抑制因子ZBT18的结合位点。报告实验也显示,人类HARsv2_1602序列的调控活性高于黑猩猩同源序列。这些结果说明,HAR变异既可能增强也可能减弱调控活性,其效应取决于细胞类型、转录因子环境及三维靶基因连接。

综上所述,该研究建立了发育中人脑四类胶质/神经干细胞的高分辨率三维表观基因组资源,并将其用于解析细胞谱系调控、脑疾病风险和人类大脑进化。研究鉴定了LHX2参与oRG状态维持的调控网络,并通过机器学习和功能实验筛选了精神分裂症风险位点及HAR候选元件,为理解非编码基因组如何塑造皮层发育提供了新的框架。

UCSF的Ian R. Jones和王力(Li Wang)博士为论文共同第一作者;沈音(Yin Shen)教授、Arnold Kriegstein教授和R. David Hawkins教授为共同通讯作者。该研究也受到了劳伦斯伯克利国家实验室Len A. Pennacchio教授和北卡罗来纳大学教堂山分校的李蕴(Yun Li)教授及其团队的指导和帮助。

目前,论文共同第一作者王力博士已在斯坦福大学建立独立实验室(https://www.liwanglab.org/),继续围绕人脑发育、基因组调控及神经系统疾病相关遗传变异开展研究。共同第一作者Ian R. Jones也已加入其团队。未来,团队将进一步探索人类大脑发育过程中基因调控网络的建立及其与疾病和进化的联系,欢迎关注实验室的后续研究进展。

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10987-6

制版人: 十一

参考文献

[1] Yang L, Wang Z, Gao Y, Li Z, Liu G, Xu Z, Zhang Z, You Y, Yang Z, Li X. Mouse cortical cellular diversification through lineage progression of radial glia.Genes Dev.2025 Nov 3;39(21-22):1338-1354. doi: 10.1101/gad.352826.125. PMID: 40774817; PMCID: PMC12581827.

[2] Subramanian L, Sarkar A, Shetty AS, Muralidharan B, Padmanabhan H, Piper M, Monuki ES, Bach I, Gronostajski RM, Richards LJ, Tole S. Transcription factor Lhx2 is necessary and sufficient to suppress astrogliogenesis and promote neurogenesis in the developing hippocampus.Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Jul 5;108(27):E265-74. doi: 10.1073/pnas.1101109108. Epub 2011 Jun 20. PMID: 21690374; PMCID: PMC3131330.

学术合作组织

(*排名不分先后)



战略合作伙伴

(*排名不分先后)

推荐直播

转载须知


【非原创文章】本文著作权归文章作者所有,欢迎个人转发分享,未经作者的允许禁止转载,作者拥有所有法定权利,违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘


点击主页推荐活动

关注更多最新活动!



特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
野心毕露!比赖清德还危险?倘若2028年她上台,大陆必将武力收台

野心毕露!比赖清德还危险?倘若2028年她上台,大陆必将武力收台

琴音缭绕回
2026-09-17 04:48:28
巨亏近100亿,高瓴割肉跑了

巨亏近100亿,高瓴割肉跑了

投资家
2026-09-01 20:45:25
何云伟风波升级!比郭德纲事件更严重,老搭档曹云金恐怕也遭牵连

何云伟风波升级!比郭德纲事件更严重,老搭档曹云金恐怕也遭牵连

林轻吟
2026-09-15 16:34:01
湖北出土百万年郧县人头骨带来新启示:地球第一对男女,根本不是“两个人”

湖北出土百万年郧县人头骨带来新启示:地球第一对男女,根本不是“两个人”

磊子讲史
2026-09-16 17:12:02
一张“80大寿脚踩饭桌跳舞”照片火了,家长被嘲:没人喜欢你家孩子

一张“80大寿脚踩饭桌跳舞”照片火了,家长被嘲:没人喜欢你家孩子

泽泽先生
2026-09-11 12:10:25
35岁女直播翻车!大露背+侧空尺度离谱,副乳险些走光,全网吵翻

35岁女直播翻车!大露背+侧空尺度离谱,副乳险些走光,全网吵翻

白宸侃片
2026-09-17 04:00:42
全网都错了!4岁男童摸臀事件:美国司法的温柔底线,打醒无数极端舆论

全网都错了!4岁男童摸臀事件:美国司法的温柔底线,打醒无数极端舆论

浪子的烟火人间
2026-09-15 09:17:46
血赚 1 亿!阿森纳世界级天才一战封神!阿尔特塔挖到宝了

血赚 1 亿!阿森纳世界级天才一战封神!阿尔特塔挖到宝了

奶盖熊本熊
2026-09-16 07:37:30
张朝阳身价亿万,62岁却仍未婚,弟弟早已出家,未来家产谁继承?

张朝阳身价亿万,62岁却仍未婚,弟弟早已出家,未来家产谁继承?

白面书誏
2026-09-08 14:36:04
青椒拿百万安家费入职高校,首聘期被辞退还要赔 211 万!网友深挖:她早已在美国任职

青椒拿百万安家费入职高校,首聘期被辞退还要赔 211 万!网友深挖:她早已在美国任职

生物学霸
2026-09-16 17:39:05
99年我低调回乡,只有三叔家留饭给钱,6天后全村才知我真实身份

99年我低调回乡,只有三叔家留饭给钱,6天后全村才知我真实身份

兰姐说故事
2026-03-07 05:05:03
光刻胶王炸!日本多家巨头10月1日将光刻胶最高提价38% !最新名单

光刻胶王炸!日本多家巨头10月1日将光刻胶最高提价38% !最新名单

牛锅巴小钒
2026-09-17 02:55:50
斗胆说几句山东这起“243万茅台盗窃案”

斗胆说几句山东这起“243万茅台盗窃案”

林中木白
2026-09-16 22:44:02
太可惜了!耗资2.6亿美元的“世界最大天眼”,如今竟成了垃圾场

太可惜了!耗资2.6亿美元的“世界最大天眼”,如今竟成了垃圾场

文史道
2026-07-30 23:39:45
出重拳!贵州一天连打三虎 王明亮等三人被处理

出重拳!贵州一天连打三虎 王明亮等三人被处理

看看新闻Knews
2026-09-16 17:51:24
当年救了臭氧层的功臣,现在变成了永久性污染物

当年救了臭氧层的功臣,现在变成了永久性污染物

果壳
2026-09-16 12:37:54
CCTV5直播时间调整!中国男篮半决赛对日本,做好这三点可进决赛

CCTV5直播时间调整!中国男篮半决赛对日本,做好这三点可进决赛

月亮的麦片
2026-09-17 02:20:40
前TVB绿叶金兴贤淡出20年近况曝光!自爆曾当佘诗曼透明,再婚后娶空姐移居内地生活

前TVB绿叶金兴贤淡出20年近况曝光!自爆曾当佘诗曼透明,再婚后娶空姐移居内地生活

我爱追港剧
2026-09-17 00:36:42
平陆运河正式开通:西南出海,一脚油门到东盟!

平陆运河正式开通:西南出海,一脚油门到东盟!

城事堂
2026-09-16 15:12:05
黑丝包裹的跪姿长腿,百叶窗光影下美到窒息

黑丝包裹的跪姿长腿,百叶窗光影下美到窒息

云端小院
2026-09-09 08:09:02
2026-09-17 05:40:49
BioArt incentive-icons
BioArt
探索生物艺术之奥秘
11146文章数 18543关注度
往期回顾 全部

科技要闻

赛力斯接管问界,撑得住华为给的身价吗?

头条要闻

3000万房产要拆迁 女子意外发现丈夫有16岁私生子

头条要闻

3000万房产要拆迁 女子意外发现丈夫有16岁私生子

体育要闻

对话西甲联盟高管:西班牙足球到底强在哪?

娱乐要闻

乔任梁去世十周年,陈乔恩悼念

财经要闻

邢自强:中美AI决胜点不在算力

汽车要闻

激光雷达+EVA机器人+爆胎稳行 星瑞L PLUS预售限时价11.57万起

态度原创

艺术
亲子
游戏
公开课
军事航空

艺术要闻

这才是国画!刘佰玥“西遇”山水,治好了我的精神内耗!

亲子要闻

让孩子变笨的5个坏习惯,家长一定要重视!

《暗黑4》新赛季正式上线 此前因服务器问题短暂延期

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

中东美军基地遭伊朗袭击后照片被披露

无障碍浏览 进入关怀版