Science：控制出生前后小鼠小腦細胞類型發育的遺傳程序

　　長期以來，哺乳動物的小腦幾乎只與運動控制有關，然而近期的研究已表明，它也有助于許多更高級的大腦功能。在一項新的研究中，德國海德堡大學分子生物學中心（ZMBH）的Henrik Kaessmann教授、海德堡霍普兒童癌癥中心（KiTZ）的Stefan Pfister教授及其團隊如今破解了控制出生前后小腦細胞類型發育的遺傳程序。他們將小鼠小腦的數據與負鼠的相應數據進行了比較，揭示了基本的基因調控網絡，這些網絡在1.6億多年前的哺乳動物進化的早期階段已經形成。相關研究結果于2021年7月29日在線發表在Science期刊上，論文標題為“Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells”。

　　哺乳動物器官的發育是由許多不同的基因--也稱為基因表達網絡--的微調激活和復雜互動控制的。論文共同第一作者、Kaessmann團隊的博士后研究員Mari Sepp博士解釋說，“盡管對小腦的發育基因表達已經有了比較好的研究，但其基因控制仍然不為人所知。”在這項新的研究中，這些作者在細胞水平上繪制了小鼠小腦整個發育期的所有活性基因的控制元件。他們使用最先進的單細胞測序技術來完成這項任務。

　　在這些數據和生物信息學分析方法的基礎上，這些作者隨后能夠解碼控制所有細胞的基因表達網絡因而控制小腦發育的調節程序。他們確定了20多萬個控制元件，其中大部分對單個細胞類型和發育階段具有高度的特異性。然而，其中的一些控制元件在多種細胞類型中被激活，特別是在發育的早期階段。

　　小腦遺傳控制元件圖譜:大多數控制元件單個細胞類型和發育階段特異性的。

　　為了了解這些基因調控程序的進化，這些作者將小鼠的數據與負鼠的相應數據進行了比較，其中負鼠是一種有袋動物，與小鼠或人類等哺乳動物有著共同的進化祖先，可以追溯到近1.6億年前。根據Kaessmann教授的說法，這種比較揭示了一種不同類型細胞之間共享的時間模式。論文共同第一作者、Kaessmann團隊博士研究員Ioannis Sarropoulos解釋說，“隨著發育的進行，每種細胞類型的基因調控程序在不同物種之間的偏差更大。”

　　這些作者解釋說，在單個細胞類型的層面上，這些發現進一步支持了19世紀關于胚胎發育的一個突破性假設：波羅的海德國自然學家Karl Ernst von Baer（1792年～1876年）觀察到不同類型的脊椎動物的胚胎越年輕越難以區分，從而指出脊椎動物胚胎發育的漸進性差異。

　　參考資料：

　　Ioannis Sarropoulos et al. Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells. Science, 2021, doi:10.1126/science.abg4696.