人类特异性增强子精细调控放射状胶质细胞潜能与皮层形成

人类进化出了极为扩张且复杂的大脑皮层，这与发育和基因调控的修饰相关。人类加速区（HARs）是具有人类特异性核苷酸替换的高度保守DNA序列。尽管有数千个已注释的HARs，它们对物种特异性皮层发育的功能贡献在很大程度上是未知的。HARE5是一个HAR转录增强子，调控WNT信号受体Frizzled8（FZD8），在脑发育中活跃。在此，我们利用基因组编辑的小鼠和灵长类模型，证明了人类（Hs）HARE5通过控制神经祖细胞（NPCs）的增殖和神经发生能力来精细调控皮层发育和连接性。Hs-HARE5敲入小鼠的新皮层显著增大，含有更多兴奋性神经元。通过测量体内神经动力学，我们显示这些解剖学特征导致皮层区域间功能独立性增加。我们使用固定和活体成像、谱系分析和单细胞RNA测序评估了潜在的发育机制。我们发现Hs-HARE5改变了放射状胶质细胞（RGC）的行为，在早期发育阶段增加了自我更新，随后扩展了神经发生潜能。利用基因组编辑的人类和黑猩猩（Pt）NPCs以及皮层类器官，我们展示了Hs-HARE5中的四个人类特异性变异驱动增强子活性增加，从而促进祖细胞增殖。最后，我们显示Hs-HARE5通过放大经典WNT信号来增加祖细胞增殖。这些发现阐明了调控DNA的小变化如何直接影响关键信号通路以调节脑发育。我们的研究揭示了HARs作为关键调控元件的新功能，对人类大脑皮层的扩张和复杂性至关重要。