Science：控制出生前后小鼠小脑细胞类型发育的遗传程序
长期以来，哺乳动物的小脑几乎只与运动控制有关，然而近期的研究已表明，它也有助于许多更高级的大脑功能。在一项新的研究中，德国海德堡大学分子生物学中心（ZMBH）的Henrik Kaessmann教授、海德堡霍普儿童癌症中心（KiTZ）的Stefan Pfister教授及其团队如今破解了控制出生前后小脑细胞类型发育的遗传程序。他们将小鼠小脑的数据与负鼠的相应数据进行了比较，揭示了基本的基因调控网络，这些网络在1.6亿多年前的哺乳动物进化的早期阶段已经形成。相关研究结果于2021年7月29日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells”。
哺乳动物器官的发育是由许多不同的基因--也称为基因表达网络--的微调激活和复杂互动控制的。论文共同第一作者、Kaessmann团队的博士后研究员Mari Sepp博士解释说，“尽管对小脑的发育基因表达已经有了比较好的研究，但其基因控制仍然不为人所知。”在这项新的研究中，这些作者在细胞水平上绘制了小鼠小脑整个发育期的所有活性基因的控制元件。他们使用最先进的单细胞测序技术来完成这项任务。
在这些数据和生物信息学分析方法的基础上，这些作者随后能够解码控制所有细胞的基因表达网络因而控制小脑发育的调节程序。他们确定了20多万个控制元件，其中大部分对单个细胞类型和发育阶段具有高度的特异性。然而，其中的一些控制元件在多种细胞类型中被激活，特别是在发育的早期阶段。
小脑遗传控制元件图谱:大多数控制元件单个细胞类型和发育阶段特异性的。
为了了解这些基因调控程序的进化，这些作者将小鼠的数据与负鼠的相应数据进行了比较，其中负鼠是一种有袋动物，与小鼠或人类等哺乳动物有着共同的进化祖先，可以追溯到近1.6亿年前。根据Kaessmann教授的说法，这种比较揭示了一种不同类型细胞之间共享的时间模式。论文共同第一作者、Kaessmann团队博士研究员Ioannis Sarropoulos解释说，“随着发育的进行，每种细胞类型的基因调控程序在不同物种之间的偏差更大。”
这些作者解释说，在单个细胞类型的层面上，这些发现进一步支持了19世纪关于胚胎发育的一个突破性假设：波罗的海德国自然学家Karl Ernst von Baer（1792年～1876年）观察到不同类型的脊椎动物的胚胎越年轻越难以区分，从而指出脊椎动物胚胎发育的渐进性差异。
参考资料：
Ioannis Sarropoulos et al. Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells. Science, 2021, doi:10.1126/science.abg4696.
