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Neuron:人脑进化的关键,竟然是像癌细胞一样疯狂的新陈代谢!

2020/01/13 生物探索
导读:与其他灵长类动物相比,人类的大脑增大,是进化的标志之一,这为我们的认知能力奠定了基础。

与其他灵长类动物相比,人类的大脑增大,是进化的标志之一,这为我们的认知能力奠定了基础。马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所的研究者们多年来一直在研究哺乳动物进化过程中大脑增大的分子机制。早在2015年,该团队就报道过,在人类和我们灭绝的近亲尼安德特人和丹尼索万人中发现了一种影响大脑生长的关键基因——ARHGAP11B。


来源于:pixabay

近日,研究者们发表在《Neuron》期刊上的最新研究报告揭示了该基因的分子机制,即定位于线粒体的ARHGAP11B可以使基础脑干细胞迅速增殖,进而产生更多神经元,使得大脑更大。


https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.11.027

ARHGAP11B蛋白位于细胞的发电站——线粒体,并在脑干细胞中诱导出一条类似癌细胞的代谢途径。它与线粒体膜中调节膜孔的一种蛋白酶腺嘌呤核苷酸转位酶(adenine nucleotide translocase , ANT)相互作用,从而抑制线粒体通透性转变孔(mitochondrial permeability transition pore, mPTP),使线粒体中的Ca2+浓度升高,从而促进谷氨酰胺的分解,而大脑基底祖细胞(basalprogenitors, BPs)的快速增殖,恰恰需要谷氨酰胺在三羧酸(TCA)循环中分解为谷氨酸。因此,ARHGAP11B诱导谷氨酰胺的分解,使BP拥有像癌细胞一样快的代谢速率,进而促进BP的快速增殖,实现大脑的生长。


11B增加线粒体Ca2+浓度和11B作用于线粒体的模型

研究人员强调,谷氨酰胺分解的增加是细胞快速增殖的一个特征,尤其是肿瘤细胞。因此,ARHGAP11B可能是通过诱导基础脑干细胞中类似癌症的代谢,从而促进了人脑的进化。


参考资料:

[1] Cancer-like metabolism makes brain grow

[2] Human-Specific ARHGAP11B Acts in Mitochondria to Expand Neocortical Progenitors by Glutaminolysis

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