Molecular features driving cellular complexity of human brain evolution

人脑 染色质 生物 神经科学 人类基因组 神经退行性变 转录组 计算生物学 基因 基因表达 遗传学 基因组 医学 疾病 病理
作者
Emre Caglayan,Fatma Ayhan,Yuxiang Liu,R. Vollmer,Emily Oh,Chet C. Sherwood,Todd M. Preuss,Soojin V. Yi,Geneviève Konopka
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:620 (7972): 145-153 被引量:20
标识
DOI:10.1038/s41586-023-06338-4
摘要

Human-specific genomic changes contribute to the unique functionalities of the human brain1–5. The cellular heterogeneity of the human brain6,7 and the complex regulation of gene expression highlight the need to characterize human-specific molecular features at cellular resolution. Here we analysed single-nucleus RNA-sequencing and single-nucleus assay for transposase-accessible chromatin with sequencing datasets for human, chimpanzee and rhesus macaque brain tissue from posterior cingulate cortex. We show a human-specific increase of oligodendrocyte progenitor cells and a decrease of mature oligodendrocytes across cortical tissues. Human-specific regulatory changes were accelerated in oligodendrocyte progenitor cells, and we highlight key biological pathways that may be associated with the proportional changes. We also identify human-specific regulatory changes in neuronal subtypes, which reveal human-specific upregulation of FOXP2 in only two of the neuronal subtypes. We additionally identify hundreds of new human accelerated genomic regions associated with human-specific chromatin accessibility changes. Our data also reveal that FOS::JUN and FOX motifs are enriched in the human-specifically accessible chromatin regions of excitatory neuronal subtypes. Together, our results reveal several new mechanisms underlying the evolutionary innovation of human brain at cell-type resolution. A single-cell genomics analysis of humans, chimpanzees and rhesus macaques reveals the molecular features that drive cellular and regulatory complexity of human brain evolution.
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