人类大脑是由解剖结构与功能各异的脑区共同构成的复杂精密器官，这些特化脑区协同执行认知功能、感官知觉、记忆存储与运动调控等重要生理活动。人类不同脑区的区域化发育，依赖于精细的基因调控网络与严格的时空协同机制。越来越多的研究表明，染色质三维构象在基因表达调控中发挥着关键作用，通过动态重构染色质高级结构，精准调控发育相关基因的时空特异性表达。然而，目前对人类妊娠发育中期不同脑区染色质三维构象的动态变化规律仍知之甚少，这一认知空白极大地制约了人们对脑区特异性发育机制的深入解析。

近日，广医-广州生物院联合生科院特聘教授陈雪鹏研究员与北京师范大学王晓群教授、中国科学院生物物理研究所刘江研究员合作，绘制了人妊娠发育中期的胚胎多脑区高分辨率染色质三维构象图谱，发现了脑区特异性染色质高级结构参与调节脑区发育，为理解不同脑区胚胎期发育的分子调控机制提供了新知识。5月16日，团队在《Cell Discovery》上发表研究成果《Spatiotemporal 3D chromatin organization across multiple brain regions during human fetal development》。

为探究人胚胎期不同脑区的染色质三维构象动态变化规律及其调控功能，研究共采集妊娠发育阶段的6个不同的关键脑区组织样本并进行Hi-C多组学测序，包括前额叶皮层（PFC）、初级视皮层（V1）、小脑（CB）、皮层下纹状体（CS）、丘脑（TL）和海马（HP）。这些高分辨率的时空染色质三维构象数据揭示在A/B区室、TAD及染色质Loop等不同染色质尺度上均存在脑区特异性的染色质结构特征，广泛参与不同脑区的特异性基因表达调控。尽管前额叶皮层（PFC）与初级视觉皮层（V1）同属大脑皮层，但在妊娠第16周（GW16）时，两个皮层区域已发生染色质三维构象的特异性重组，这一过程显著推动了两者在发育轨迹上的功能分化。另外，研究还发现数百个人脑发育中的超级增强子（SEs），它们可以在人脑中介导跨越数个TADs的长距离相互作用，这些脑区域特异性超级增强子通过染色质Loop靶向的基因显著富集于脑区特异性功能基因集上。最后，研究基于多脑区的高分辨率的时空染色质三维构象数据推断神经精神相关疾病SNP风险位点靶基因，克服了传统上仅在大脑皮层或体外神经元细胞系中进行SNP风险位点推断的短板，揭示出不同神经退行性疾病底层差异化的分子致病基础，为理解神经精神相关疾病的分子致病性奠定了宝贵的基础。

这项研究系统解析了人胚胎期多个关键脑区染色质的时空三维结构动态变化规律，为深入破译脑区特异性发育的分子调控机制提供了关键线索。

广医-广州生物院联合生科院为本文第一单位，广州医科大学特聘教授陈雪鹏研究员和北京师范大学王晓群教授为共同通讯作者。本文还获得中国科学院生物物理研究所刘江研究员的大力支持，受到国家自然科学基金、国家重点研发计划、科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目、国家高层次人才特支计划（青年人才）等项目经费支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41421-025-00798-w