Science:人類大腦皮層的結構受到哪些基因影響?

2021-01-19 生物通


人類的大腦皮層雖然只有3毫米厚，卻是高級認知功能的核心區域。人類皮層表面積和厚度的變化與神經、心理和行為特徵相關，可以通過磁共振成像（MRI）進行測量。不過，哪些遺傳位點影響了大腦皮層的結構，目前還了解不多。

人類的大腦皮層雖然只有3毫米厚，卻是高級認知功能的核心區域。人類皮層表面積和厚度的變化與神經、心理和行為特徵相關，可以通過磁共振成像（MRI）進行測量。不過，哪些遺傳位點影響了大腦皮層的結構，目前還了解不多。


為了鑑定與人類皮層結構相關的遺傳變異，一個國際研究團隊利用60個隊列中的5萬多名個體的大腦MRI數據，開展了全基因組關聯薈萃分析。他們分析了整個皮層以及34個功能已知的皮層區域的表面積和平均厚度。


研究人員發現，常見的遺傳變異解釋了大腦皮層表面積差異的三分之一，並解釋了皮層厚度差異的四分之一。他們的結果似乎支持放射單元假說（radial unit hypothesis），該假說認為皮層表面積受到神經祖細胞增殖的影響，而皮層厚度受神經元分裂次數的控制。這項成果於3月20日發表在《Science》雜誌上。


澳大利亞QIMR Berghofer醫學研究所的Katrina Grasby及其同事在論文中寫道：「皮層的高度多基因結構表明，不同基因參與了特定皮層區域的發育。」此外，影響皮層結構、大腦發育和神經精神疾病的基因位點之間存在重疊，這些表型之間的相關性值得進一步研究。


研究人員採集了51,665名個體（主要是歐洲血統）的大腦MRI數據，對皮層表面積和皮層厚度進行全基因組關聯薈萃分析。他們一開始檢查了33,992名個體的70種不同表型，然後又對17,673名參與者重複了他們的分析。


在經過多次檢測校正後，他們發現有199個基因座與皮層結構相關。其中，187個基因座影響了皮層表面積，而12個影響了皮層厚度。他們估計，常見變異解釋了34%的皮層表面積變化，也解釋了26%的皮層厚度變化。


在他們發現的基因座中，rs1117173是與皮層表面積相關的基因座，這個數量性狀位點可能影響胎兒和成人皮層中的核糖體蛋白RPS26；rs12630663也與皮層表面積相關，它在中胚層轉錄因子Eomes基因附近。同時，與皮層厚度相關的基因座rs533577是RPSA的胎兒皮層eQTL，RPSA編碼層粘連蛋白受體。


研究人員指出，皮層表面積和厚度之間存在負的遺傳相關性。影響皮層表面積的許多遺傳變異會影響胎兒發育過程中神經祖細胞所表達基因的調控。不過，影響皮層厚度的遺傳變異會影響成人大腦樣本中那些活躍的調控元件。他們認為，這些結果與放射單元假說是一致的，該假說認為影響表面積和厚度的發育機制不同。


作者在文中寫道：「這項工作確定了與皮層表面積和厚度相關的基因組範圍內重要位點，讓人們對大腦皮層的遺傳結構及其圖案形成有了更深入的了解。」


參考文獻

The genetic architecture of the human cerebral cortex



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