最近揭晓在《BMC Biology》期刊一项新研究展现了FOXG1基因的双重作用：它不但通过调控RNA转录来主导前脑发育，还直接加入RNA翻译，即卵白质的合成。这一双重功效引发了关于该机制怎样进化的深思，批注FOXG1基因的剂量调控可能经由细腻调理，以确保神经系统的正常发育。
FOXG1基因在大脑皮层的天生和结构设定中尤为主要，大脑皮层是认真感知和意识等高级功效的区域。该基因的突变会导致大脑结构和功效异常，进而引发严重的行为和认知问题。在这个框架下，FOXG1卵白作为转录调控因子，协调、激活或抑制数百个对大脑发育至关主要的基因。
SISSA大脑皮层发育实验室主任Antonello Mallamaci体现：“令人意外的是，我们发明FOXG1还直接调控卵白质合成。这是有数征象，我们通过追踪差别线索，并举行严酷的证据剖析，最终证实了这一点。”
双重功效的发明
图片链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1045811
图片信息：绿色 FOXG1，红色新生 Sgk1，蓝色 DAPI。
第一个线索来自该卵白的细胞定位：不但在神经元细胞核中找到了该转录因子，它在那里与DNA相互作用，“开关”差别基因，还在细胞质中发明了它的保存，包括在轴突和树突中，批注其具备更多功效。进一步的生物信息学和结构剖析显示，FOXG1卵白可以直接与认真翻译mRNA的细胞卵白合成机械相互作用。
Mallamaci诠释道：“早先我们通过测试Grin1基因（编码NMDAR的主要亚基，一个要害受体），实验验证FOXG1不但影响转录，还能影响翻译的潜力。通过调理FOXG1在细胞中的数目，我们视察到Grin1卵白水平和响应mRNA之间的显著差别，证实这些差别源于卵白质合成速率的差别，而不是卵白质降解。随后，我们证实FOXG1与Grin1的mRNA以及两个要害翻译因子相互作用。”
他继续说道：“受到这一效果的鼓舞，并在SISSA盘算基因组学实验室团队的资助下，我们举行了大规模剖析，试图相识这种翻译调控有多普遍。效果显示，约300个基因在FOXG1表达转变时，其mRNA-核糖体（即卵白质工厂）的招募爆发了转变。其中约一半的招募被刺激，另一半则被抑制。我们还验证了FOXG1与这些基因的mRNA相互作用，并影响了核糖体在mRNA上的移动。最后，在一些特定案例中，我们实验验证了FOXG1水平转变确实引发了这些mRNA翻译速率的显著转变。”
FOXG1基因在转录调控和卵白质翻译中的双重作用，引发了关于这种重大机制进化的主要问题。现在有两种主要假设可以诠释这一双重功效的生长。
从进化角度看双重功效
通常，导致基因新功效进化的常识趣制是基因复制：通过这种方法，原始的基因继续执行其原有功效，而另一副本则可以自由突变，实验新功效。然而，关于一些调控神经发育的要害基因来说，基因复制可能并不是一个可行的选项，由于这些基因需要准确调控RNA和卵白质的产出量。这种与基因剂量相关的限制，可能是进化‘选择’一个简单基因来执行多种功效，而不是复制基因并将其职责脱离的缘故原由之一。
另一种可能性是，FOXG1通过同时影响某些基因的转录和翻译，能够增进这些基因重大表达模式的遗传转达。Mallamaci指出：“这种能够高效转达结构化时空调控模式的能力，可能对进化中的神经可塑性机制爆发主要影响，尤其是在认知功效的演化历程中。”
杂志：BMC Biology
DOI：10.1186/s12915-024-01979-x
