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匹兹堡大学和鲁汶大学的研究人员发现了一组影响人类头部形状的基因,并将结果发表于《自然通讯》上。该结果有助于解释人类头部形状的多样性,也为研究颅骨疾病(如:颅缝早闭)的遗传基础提供了潜在的重要线索。

颅顶是头骨的一部分,形成头顶的圆形部分并保护大脑。研究小组确定了30个与头部形状不同方面相关的基因组区域,其中29个是此前的研究从未报道过的。

“自20世纪初以来,人类学家们一直在对颅顶形状的遗传学进行推测和争论。我们从某些罕见的人类和动物案例中知道,基因在穹窿的大小和形状中发挥着重要作用,但对于普通人群的颅顶特征,我们所掌握的遗传学知识少之又少,例如:为什么有些人的头长而窄,有些人的头短而宽?这项研究就揭示了导致人体这部分差异的关键基因,”共同资深作者、皮特牙科医学院口腔和颅面科学教授、颅面和牙科遗传学中心联合主任Seth Weinberg表示。

研究人员表示,当我们更好地了解人类颅顶形状多样性背后的驱动因素,就可以为古人类学研究提供相关信息。

Weinberg及其同事对6000多名青少年进行了核磁共振扫描并提取了他们的颅顶表面3D图。在将3D穹窿表面划分为更小的解剖子部分并量化了这些子部分的形状后,他们测试了超过1000万个遗传变异以寻找与穹窿形状统计结果相关联的基因证据。

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从4个区域按照形状区分(蓝色),颅顶形状可分为15类

“之前对颅顶的遗传学研究涉及一些相对简单的研究方法,”Weinberg补充道:“这些方法虽然简便,但它们可能无法捕获生物学相关的特征。因此,我们使用了一种创新方法,能够更全面和细致地描述3D拱顶形状,这种方法提高了我们寻找遗传关联的成功率。”

一个重要的发现是,许多强关联都出现在对头面部早期形成和骨骼发育调节发挥关键作用的基因附近。研究结果证实,RUNX2基因(协调头骨发育的主要基因)及其附近的变异与拱顶形状的多个方面相关。

包括RUNX2在内的一些基因对整个穹窿产生影响,还有一些基因则表现出更局部的影响,仅影响穹窿的特定部分,如:中央前额。

研究人员比较了拥有欧洲、非洲和美洲原住民血统参与者的30个基因组区域,他们发现相同祖先的参与者群体共享了大多数的遗传关联。

Weinberg表示,尽管这项研究主要在健康参与者中展开,但研究结果可能揭示有关颅顶疾病生物学基础的重要线索。

其中一种疾病是颅缝早闭,即当颅骨过早融合而大脑仍在快速生长时就会发生这种情况。如果不进行神经外科手术,颅缝早闭会导致永久性毁容、脑损伤、失明甚至死亡。研究小组发现,与穹窿形状相关的3个基因——BMP2、BBS9和ZIC2附近的变异也与颅缝早闭相关,表明这些基因可能在该疾病的进展中发挥作用。

Weinberg 还表示:“公共资助让这项研究成为可能。生成这些核磁共振扫描图是为了重点了解大脑的发育和行为。通过创造性地利用这些资助资源,我们成功地踏足了之前未知的领域。”

这项研究得到了国家牙科和颅面研究所和美国国立卫生研究院国家人类基因组研究所的联合支持。

参考文献:

Goovaerts,S.,et al.(2023).Joint multi-ancestry and admixed GWAS reveals the complex genetics behind human cranial vault shape.Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-023-43237-8.

责编|探索君

排版|探索君

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