“这些细胞在此类研究中发挥着重要且特别的作用,使我们能够精确地并行对比人类和黑猩猩的基因和它们的活性,”斯坦福大学人文与科学学院(Stanford's School of Humanities and Sciences)的生物学副教授 Hunter Fraser 表示。Fraser 是《自然-遗传学》研究的资深作者,并且与斯坦福药学院(Stanford School of Medicine)精神病学和行为科学准教授 Sergiu Pa?ca 同为《自然》研究的共同资深作者。
仔细对比
顺式调控元件(cis-regulatory element)会影响位于同一条 DNA 分子或染色体上附近基因的表达,而Fraser 实验室致力于探索在此层面比对人类与其他灵长类动物遗传信息的方式。而另一类元件——反式调控因子(trans-regulatory factor),能够调控位于基因组中其他染色体上遥远基因的表达。由于它们产生的广泛影响,在紧密相关的物种中,反式调控因子(例如蛋白质)相比于顺势调控元件更不容易发生变化。
但即使科学家已经能够采用人类和黑猩猩中相似的细胞进行试验,他们仍然需要提防潜在的干扰因素。比如说,Pa?ca 解释道,不同物种之间发育时序的差异显著阻碍着大脑发育的研究。这是因为人类大脑与黑猩猩大脑会以极为不同的速度发育,而且并没有一种明确的方式来将两者直接比对。将人类和黑猩猩的 DNA 置于同一个细胞核中,使科学家能够排除大部分的干扰因素。
“人类大脑在它大多数的发育阶段中都是无法被介入研究的,无论是分子层面还是细胞层面,因此我们引入了皮质球来帮助我们介入这些关键过程,”Pa?ca 表示,他同时也是斯坦福大脑器官发生学(Stanford Brain Organogenesis)项目主管(Bonnie Uytengsu and Family Director)。
当大脑细胞组成的 3D 簇在培养皿中发育成熟,它在这个过程中会模拟其物种早期神经发育的遗传活动。由于人类和黑猩猩的 DNA 被“绑定”,置于相同的细胞环境中,它们因而被暴露在相同的条件下,并且平行成熟。因此,研究者们借此观测到的遗传活动差异,能够被合理地归因于两个物种间真实存在的遗传学差异。
“我们对于这些类型的细胞很有兴趣,因为面部差异被认为是人类和黑猩猩之间最极端的解剖学差异之一,而且这些差异事实上能够在诸多方面上影响我们的行为和演化,例如进食、感官、大脑增大和语言,”Fraser 实验室的博士后、发布于《自然-遗传学》研究的通讯作者 David Gokhman 表示,“同样,人类中最常见的多种先天性疾病也与面部结构相关。”