Genome Res. 2020 May;30(5):776-789.  doi: 10.1101/gr.256958.119.

Single-cell-resolution transcriptome map of human, chimpanzee, bonobo, and macaque brains.

Khrameeva E  1 , Kurochkin I  1 , Han D 2 , Guijarro P 3 , Kanton S 4 , Santel M 4 , Qian Z 3 , Rong S 3 , Mazin P 1,5 , Sabirov M 6 , Bulat M 1 , Efimova O 1 , Tkachev A 1,5 , Guo S 1,3 , Sherwood CC 7 , Camp JG 8 , Paabo S 4 , Treutlein B 9 , Khaitovich P 1,3,4,10

1 Skolkovo Institute of Science and Technology, Moscow, 143028, Russia.

2 Guangzhou Institute of Pediatrics, Guangzhou Women and Children’s Medical Center, Guangzhou Medical University, Guangzhou, 510623, China.

3 CAS Key Laboratory of Computational Biology, CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology, Shanghai, 200031, China.

4 Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology, Leipzig, 04103, Germany.

5 Kharkevich Institute for Information Transmission Problems, Russian Academy of Sciences, Moscow, 127051, Russia.

6 Center for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine, Institute of Gene Biology, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119334, Russia.

7 Department of Anthropology and Center for the Advanced Study of Human Paleobiology, The George Washington University, Washington, DC 20052, USA.

8 Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology, Basel, 4057, Switzerland.

9 Department of Biosystems Science and Engineering, Swiss Federal Institute of Technology in Zurich, Basel, 4058, Switzerland.

10 Center for Excellence in Animal Evolution and Genetics, Chinese Academy of Sciences, Kunming, 650223, China.

Уникальна ли экспрессия генов, наблюдаемая в клетках человеческого мозга? Идентификация нейрогенетических особенностей человека может пролить свет на молекулярные механизмы, лежащие в основе его эволюции. Человеческий мозг – это очень сложный орган, расширившийся значительно по сравнению с мозгами наших ближайших родственников: шимпанзе, бонобо и другими обезьянами. Однако увеличение размера, само по себе, не может объяснить когнитивных способностей, уникальных для человека. Вполне вероятно, что эти функциональные изменения опосредовались изменениями экспрессии генов и составами клеточных типов в определенных местах мозга. В данной работе проводился анализ образцов мозга человека, шимпанзе, бонобо и макак: всего 422 образца, репрезентирующих 33 анатомических региона (включая кору головного мозга, гипоталамус, мозжечок), причем, в трех из них был произведен анализ 88.047 клеточных ядер. Анализ транскриптомов проводился с помощью секвенирования РНК: конвенционального и секвенирования отдельных клеток. Сопоставление этих двух видов секвенирования показало, что конвенциональный метод не детектирует до двух третей клеточно-специфичных эволюционных различий. Из 11.176 детектированных ортологических белок-кодирующих генов 2.801 обнаружили регион-специфичные различия. Эти различия на филогенетическом дереве располагались таким образом, что можно говорить о том, что изменения аккумулировались быстрее в корковых областях, чем в подкорковых. С использованием метода секвенирования отдельных клеток были показаны многочисленные различия между разными видами животных по каждому из клеточных типов. Также оказалось, что клетки-предшественники астроцитов и олигодендроцитов (двух типов глиальных клеток), а не нейронов, демонстрируют больше отличий в этой линейке видов. Подходы, использованные в данной работе, могут помочь установлению эволюционных паттернов, лежащих в основе появления когнитивных особенностей человека.