科學家發現組蛋白變體H2A.z調控大腦發育的機制

大腦是一個高度複雜、精密有序的結構。由多樣的神經元以及神經膠質細胞等構成複雜的神經元網路，調控著語音、情緒、學習、記憶和思維活動等功能。胚胎大腦是研究腦發育機理以及探究某些神經發育疾病的重要模式系統。

在胚胎大腦發育過程中，神經元發生（neurogenesis）始于腦室區（ventricular zone，VZ）和腦室下區（subventricular zone，SVZ）的神經前體細胞，通過一定的遷移模式到達正確位元點，最終組成高度精細、複雜的神經回路。胚胎大腦發育異常導致精神分裂症、自閉症、癲癇等神經發育疾病。一直以來，圍繞神經前體細胞的增殖與分化、神經元的遷移、突觸的重塑等的機制研究是神經科學領域研究熱點。

組蛋白變異體參與染色體組裝和調控。與常規組蛋白形成的染色質結構相比，組蛋白變異體可以形成一些獨特的染色質結構，進而在基因表達和細胞命運決定等過程中發揮著重要作用。組蛋白變體H2A.z是常規組蛋白H2A的重要變體之一。近年來的研究發現，H2A.z廣泛參與轉錄調節、基因組穩定性，並且在細胞增殖、分化等過程中發揮至關重要的作用。當前，H2A.z在神經前體細胞的增殖與分化中的作用研究較少，

探索這一過程中將有助於深入瞭解胚胎大腦的發育。

近日，中國科學院動物研究所焦建偉研究組通過體內胚胎電轉的手段，以及建立H2A.z大腦特異性敲除小鼠（cKO）模型，觀察了H2A.z缺陷對於神經前體細胞增殖和分化以及神經元形態的影響。研究發現，H2A.z缺陷導致神經前體細胞過度增殖，並抑制其分化；H2A.z缺陷抑制神經元樹突的發育。

通過RNA-seq分析發現，在cKO的小鼠胚胎大腦組織中，Nkx2-4的表達量顯著下調，進一步通過H2A.z ChIP-seq和H3K36me3 ChIP-seq分析表明，H2A.z的缺失影響了Nkx2-4啟動子的H3K36me3結合。此外，研究還發現H2A.z能招募H3K36三甲基轉移酶Setd2，加強了Nkx2-4啟動子的活性，從而促進Nkx2-4的轉錄。過表達H2A.z及NKX2-4能夠回救H2A.z缺陷造成的神經發生的異常。行為學分析表明，H2A.z在大腦功能發揮方面扮演著重要角色，H2A.z缺陷導致記憶下降及社交障礙。該研究不僅揭示了組蛋白變體H2A.z對胚胎大腦發育的影響機制，還證實了其在大腦功能發揮方面也發揮重要作用，進一步推動對大腦發育和功能異常的表觀遺傳調控機理的瞭解。

相關研究成果發表在Nucleic Acids Research上，第一作者為博士研究生沈天津，通訊作者為研究員焦建偉。該研究得到了國家自然科學基金重點項目、創新群體項目，國家重點基礎研究計畫，中科院王寬誠教育基金、戰略性先導科技專項等的資助。

動物所發現組蛋白變體H2A.z調控大腦發育的機制