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北京時間2021年3月3日凌晨，復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院周文浩/熊曼研究團(tuán)隊(duì)在Cell Reports上發(fā)表論文。團(tuán)隊(duì)成員董欣然博士利用前期與美國Jiyang Yu實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)的NetBID系列算法，分析了Brainspan數(shù)據(jù)庫中發(fā)育不同階段人腦及人胚胎干細(xì)胞來源不同階段神經(jīng)細(xì)胞RNAseq數(shù)據(jù)，成功找到了調(diào)控早期人腦發(fā)育的隱藏驅(qū)動因子SYTL3。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，腦發(fā)育過程中SYTL3可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的重塑從而調(diào)節(jié)神經(jīng)元的遷移這一重要事件。
人類大腦的發(fā)育是一個復(fù)雜的過程，包括神經(jīng)細(xì)胞的增殖、分化、遷移、成熟及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立等。在大腦發(fā)育的不同階段受到各種不同關(guān)鍵基因的調(diào)控，這些關(guān)鍵基因功能的異常會導(dǎo)致多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病如巨腦回畸形、小頭畸形、自閉癥等。然而，許多重要轉(zhuǎn)錄因子、信號蛋白（例如：蛋白激酶）可能不會出現(xiàn)DNA變異或mRNA或蛋白質(zhì)表達(dá)水平差異，但它們可能通過蛋白質(zhì)合成及降解、翻譯后修飾、復(fù)合體形成或亞細(xì)胞定位等過程對其下游調(diào)控的靶標(biāo)基因的表達(dá)產(chǎn)生巨大影響（即該基因的活性），很難被傳統(tǒng)方法所識別（這類基因被稱為隱藏驅(qū)動因子）。
2021年3月3日，來自復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院周文浩/熊曼研究團(tuán)隊(duì)在Cell Reports上發(fā)表論文，團(tuán)隊(duì)成員董欣然博士與美國Jiyang Yu實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)了NetBID算法(https://github.com/jyyulab/NetBID/)。利用該算法，團(tuán)隊(duì)成員分析了Brainspan數(shù)據(jù)庫中發(fā)育不同階段人腦RNAseq數(shù)據(jù)，成功找到了調(diào)控早期人腦發(fā)育的隱藏驅(qū)動因子SYTL3（該基因表達(dá)變化較小，但基因活性最高）。為了驗(yàn)證這一現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)成員在體外將人胚胎干細(xì)胞定向分化至不同發(fā)育階段的神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)前體細(xì)胞、終末神經(jīng)元）并進(jìn)行RNASeq測序，發(fā)現(xiàn)SYTL3在神經(jīng)元階段表達(dá)水平最低，但其基因的活性卻在這一階段顯著上升；敲除SYTL3基因顯著影響了神經(jīng)元的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，而對其它發(fā)育階段（胚胎干細(xì)胞、神經(jīng)前體細(xì)胞）基因的表達(dá)影響較小。該結(jié)果進(jìn)一步證明在神經(jīng)發(fā)育過程中SYTL3作為隱藏驅(qū)動因子對基因的調(diào)控作用。功能試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SYTL3基因敲除不僅影響該胚胎干細(xì)胞系分化的類腦器官皮層神經(jīng)前體細(xì)胞的分布及分化終末神經(jīng)元神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，還可通過上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶MMP（matrix metalloproteinase，MMP）的表達(dá)調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的重塑從而促進(jìn)神經(jīng)元的遷移（圖2）。
通過NetBID系列生物信息學(xué)算法可尋找DNA/RNA表達(dá)未出現(xiàn)異常，但對于大腦發(fā)育或疾病發(fā)生有重要作用的隱藏驅(qū)動因子。此外，人胚胎干細(xì)胞系的神經(jīng)元/類人腦器官定向分化可很好的模擬大腦發(fā)育過程，該方法結(jié)合基因編輯可對基因在發(fā)育或疾病發(fā)病機(jī)制中的重要作用進(jìn)行深入研究。目前，復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院分子醫(yī)學(xué)中心已完成了近5萬例兒童罕見病的臨床分子診斷，通過基因測序僅能明確約30%的腦發(fā)育性疾病致病病因，仍有70%左右的病人無法找到病因。通過開發(fā)生物信息學(xué)算法結(jié)合人胚胎干細(xì)胞/病人來源可誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為尋找疾病的發(fā)病機(jī)理及潛在治療靶點(diǎn)提供了新的思路和方法。
復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院兒科研究所熊曼研究員自2016年回國以來一直從事發(fā)育性腦病及干細(xì)胞治療腦損傷相關(guān)研究，研究成果以第一作者或通訊作者在干細(xì)胞專業(yè)期刊上發(fā)表論文多篇（Cell Stem Cell 3篇，Cell Reports 1篇，Stem Cell Research 2篇），研究成果獲中國科學(xué)報作為頭版進(jìn)行報道、國際權(quán)威期刊Science Translational Medicine作為Editor’s Choice進(jìn)行評述、神經(jīng)疾病臨床雜志Neurosurgery進(jìn)行專題報道等。
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