人类大脑是一个高度复杂的器官，由多个具有不同解剖结构和功能的脑区组成。这些脑区在大脑发育过程中需要精细的基因调控和时空协调。尽管已有研究揭示了人类大脑发育过程中转录组的变化，但关于不同脑区3D染色质结构的动态变化及其调控功能仍知之甚少。3D染色质结构在基因表达调控、胚胎发育和疾病发生中起着重要作用，其动态变化与基因表达调控密切相关。因此，深入研究人类大脑发育过程中不同脑区的3D染色质结构对于理解大脑发育的分子机制至关重要。

近日，国际权威期刊Cell Discovery上在线发表了题为“Spatiotemporal 3D chromatin organization across multiple brain regions during human fetal development”的最新研究成果，该研究揭示了人类胎儿大脑发育过程中多个脑区的三维（3D）染色质组织的时空动态变化及其在脑区发育中的调控机制。研究不仅揭示了不同脑区在发育过程中的染色质结构特征，还发现了与神经精神疾病相关的基因，为理解大脑发育和相关疾病的分子机制提供了重要见解。

研究团队收集了人类胎儿中期妊娠阶段的六个主要脑区样本，包括前额叶皮层（PFC）、初级视觉皮层（V1）、小脑（CB）、亚皮层纹状体（CS）、丘脑（TL）和海马（HP），并生成了这些发育中脑区的高分辨率3D染色质结构图谱。通过整合多组学数据，研究团队发现3D染色质组织的空间和时间动态变化在脑区发育调控中起着关键作用。此外，研究还发现H3K27ac标记的超级增强子（SEs）是塑造脑区特异性3D染色质结构和基因表达模式的关键因素。

研究中使用了多种技术手段，包括Hi-C测序、RNA-seq、CTCF ChIP-seq和H3K27ac ChIP-seq等，以全面分析3D染色质结构和基因表达。通过这些技术，研究团队能够详细描绘出不同脑区在发育过程中的染色质结构变化，并与基因表达数据相结合，揭示了染色质结构与基因表达之间的关联。

研究发现，不同脑区的3D染色质结构具有明显的时空特异性。例如，PFC和V1在早期发育阶段（GW11/GW13/GW14）表现出相似的基因表达模式，但随着发育的进行，这两个脑区逐渐发展出各自的发育程序和3D染色质结构。此外，研究还发现，与神经精神疾病相关的GWAS SNP（全基因组关联研究单核苷酸多态性）与多个脑区的基因表达调控有关，这些基因在大脑发育中起着重要作用。

研究还揭示了超级增强子（SEs）在大脑发育中的调控作用。SEs能够通过与基因启动子的远程相互作用来调控基因表达。研究团队发现，SEs在不同脑区的分布和活性存在差异，这些差异与脑区特异性的基因表达模式密切相关。例如，研究发现，与小脑发育相关的基因ZIC1和ZIC4的表达受到小脑特异性SEs的调控。

此外，研究还通过CRISPR/Cas9技术敲除了SLN基因的增强子，并在人类皮层类器官中验证了该增强子对神经元成熟的调控作用。结果表明，SLN增强子的敲除导致成熟神经元数量显著减少，表明该增强子在神经元成熟过程中发挥重要作用。

综上所述，这项研究提供了人类胎儿大脑发育过程中多个脑区的高分辨率3D染色质结构图谱，揭示了3D染色质结构在脑区发育中的时空动态变化及其调控功能。研究结果不仅增进了我们对大脑发育分子机制的理解，还为神经精神疾病的发病机制提供了新的见解。通过整合3D染色质结构和基因表达数据，研究团队能够更全面地理解大脑发育过程中基因调控的复杂性，并为未来的神经科学研究提供了宝贵的资源。

总的来说，这项研究不仅揭示了大脑发育过程中3D染色质结构的动态变化，还强调了SEs在基因表达调控中的重要作用。这些发现为理解大脑发育的分子机制和神经精神疾病的发病机制提供了新的视角，也为未来的神经科学研究和临床应用奠定了基础。

图 多个发育中的人类大脑区域的 3D 染色质景观

 

原始出处：

Spatiotemporal 3D chromatin organization across multiple brain regions during human fetal development. Cell Discov. 2025 May 16;11(1):50. doi: 10.1038/s41421-025-00798-w. PMID: 40374600; PMCID: PMC12081887.

Tags： Cell Discov ：人类胎儿大脑发育过程中多个脑区的三维染色质组织动态变化及其调控机制