动物听觉核团及其端脑皮质神经发生的比较研究

动物脑核团和端脑皮质如何进化?目前并不清楚。我们之前比较了两栖到哺乳类听觉核团核心和周围壳区的神经联系、免疫组化、神经发生，发现两栖动物间脑仅有壳区，壳区的神经发生总早于核心区,进而提出核心区和壳区不是人们一般认为的两个亚区，核心区是后来在进化中逐渐产生的。本项目拟进一步确定核心区和壳区在室带区发生位置、迁移路径，并在此基础上，检测和比较两区的细胞周期，减少或消除毛细胞传入后，细胞周期、神经发生和不同类群细胞分化是否发生变化，揭示听觉核团形成的细胞和神经生物学机制。此外，拟比较海鞘到人基因组中控制脑皮质（进化变异大）和其他各部脑（进化保守）的基因，找出是否由于脑皮质控制基因在基因结构（应答元件、拼接位点等）、序列差异、进化选择等方面的变化导致端脑皮质在各动物类群中出现差异，并通过胚胎电转染和腺病毒载体，将序列改变基因转入活体脑，分析这些基因变化如何导致脊椎动物脑皮质差异。

哺乳动物新皮质的出现是脑进化史上的重大创新，但其发生进化机制仍不清楚。本课题先使用已公布的全基因组数据对哺乳/非哺乳动物的皮质发育相关基因（Pax6、Tbr1、Emx1/2）以及端脑皮质下区域（纹状体和苍白球）发育基因（Dlx2、Nkx2.1）做系统比较，分析是否由于这些基因的变异引起了哺乳动物新皮质的出现。发现以上基因均未发生重复、丢失，以及达尔文选择（Ka/Ks<1）等变化，但Emx1和Emx2基因的蛋白编码序列发生改变：哺乳动物的Emx1蛋白质比非哺乳动物多了一段包含21个氨基酸的序列；除了单孔类和有袋类Emx2蛋白质有2个多聚丙氨酸序列外，其它哺乳动物的Emx2蛋白质均有一段6-8个多聚丙氨酸的序列，而非哺乳动物都没有。进一步分析显示：哺乳动物Emx2蛋白质的6-7个多聚丙氨酸能形成一段螺旋结构，这些可能导致哺乳动物Emx2基因活性改变。为此，我们进一步将鼠Emx2全长基因包装到慢病毒，在鸡胚第三天注入端脑中，使其在端脑表达。我们检测了胚胎发育期间以及孵出后第九天端脑内与脑发育相关的重要分子变化（reelin、GABA、Vimentin等），并测试了新生小鸡的学习记忆能力、运动能力和对新出现物的探究反应，发现注入鼠Emx2全长基因后的组与转入空载体病毒以及鸡全长Emx2基因组比较，所检测分子大多发生趋向哺乳类的趋势变化，行为活动也出现明显差异，说明哺乳动物Emx2基因获得额外的6-8个多聚丙氨酸序列在新皮质发育以及进化过程中具有重要的作用。皮质下脑区各核团结构并不均一，从结构和功能上分核心区和壳区。听觉核团的中心区仅在两栖动物的中脑及后面的更高级动物出现，但无核心区的听觉区具有高级动物听觉核团中心区外的壳结构，即听觉核团是先有壳区结构，再进化出核心区。本课题通过免疫组织化学以及胚胎组织发生研究了初级体感觉中继核团（核心区）以及它们周围的体感觉调节核团（壳区）中钙结合蛋白CB和 PV免疫阳性（壳区和核心区标志分子）在胚胎发育中出现的先后，结果表明在背侧丘脑CB免疫阳性出现的时间（胚胎期12天，E12）要早于PV阳性细胞出现的时间（E14）。说明体感觉丘脑核团也有类似听觉核团的核壳结构模式，发育进化上可能具有相似机制。