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人类区别于其他非人灵长类最显著的特征就是显著增加的大脑容量和高度发达的认知能力。但是一直以来，人们对于人类在进化过程中中枢神经系统的这些显著变化的遗传机制仍然缺乏认识。研究这一问题的一个有效手段就是找出那些由于突变会导致人类大脑发育异常的基因。这方面最典型的一个例子就是对人类原发性小头症发病机制的遗传学解析。MCPH1基因是最早被鉴定出来的小头症基因。通过比较灵长类代表物种的MCPH1序列，人们发现MCPH1基因受到强烈的自然选择的作用，且这种选择作用在现代人群中仍然可以看到。但是，这些基于序列比较的进化分析，特别是针对于编码区的分析不能给我们带来对基因功能进化的明确解释。有鉴于此，在本论文中我们对MCPH1基因进行了很详细的功能研究。我们不仅在细胞水平分析了MCPH1对下游基因的调控作用以及物种特异突变对这种调控作用的影响，更进一步我们制作了MCPH1转基因小鼠模型，包括人的MCPH1转基因小鼠和猕猴的MCPH1转基因小鼠;同时我们还制作了人的MCPH1转基因猕猴模型。对这些转基因动物模型的研究将为了解MCPH1在灵长类进化和人类起源中对大脑发育影响的分子机制提供有价值的信息。
我们着重开展了四个方面的研究。主要研究结果如下:
第一，我们的实验证明，人的MCPH1基因属于转录抑制子，它能够抑制端粒酶相关基因hTERT的启动子活性。通过各种突变实验，我们发现MCPH1抑制hTERT的活性主要依赖于MCPH1的BRCT结构域;进一步通过EMSA实验，我们发现MCPH1蛋白能够结合hTERT启动子。对hTERT的启动子序列进行逐段敲除并进行EMSA实验，我们发现了MCPH1结合的元件序列。我们还利用TRAP实验证实MCPH1能够抑制端粒酶的活性以及hTERT基因的表达。
第二，我们克隆了人的MCPH1启动子，通过对MCPH1启动子分析，我们发现E2F1是MCPH1的调控基因，而且E2F1可以上调MCPH1的启动子活性。通过序列分析我们发现这种上调的机制是由于MCPH1核心启动子含有一段GC串联区域。通过对GC串联区域进行突变，我们发现这一段区域是E2F1的结合区域。进一步通过EMSA实验，我们发现E2F1蛋白能够结合这段区域，证实了了我们之前的结论。另外，通过比较脊椎动物中MCPH1上游2Kb序列，我们发现这段GC序列是灵长类特有的，这提示E2F1对MCPH1的调控是最近才起源的。我们由此提出了MCPH1在灵长类的进化中获得了E2F1的结合序列，这与MCPH1蛋白序列的快速进化是平行发生的。
第三，我们制作了人的MCPH1转基因小鼠和猕猴的MCPH1转基因小鼠。这些转了人和猕猴MCPH1基因拷贝的小鼠生长和发育基本正常，但在脑的重量和睾丸重量方面与野生型小鼠有显著差异。我们的初步分析结果表明，MCPH1的过表达能够影响小鼠的脑发育。进一步的表型分析表明，人的MCPH1转基因小鼠和猕猴的MCPH1转基因小鼠在脑重方面没有显著差异，但它们对下游基因的表达调控上有差异。
第四，我们制作了人的MCPH1转基因猕猴模型，这也是首例从进化研究角度建立的非人灵长类的转基因模型。我们前期的试验结果表明，我们成功制作了人的MCPH1转基因猕猴模型。初步的核磁共振(MRI)脑影像学分析发现，转基因猕猴的脑容量比野生型的更大，它们在大脑白质部分和灰质部分的体积上也有差异。
综上所述，我们的研究结果表明，MCPH1基因通过和E2F1相互作用调控一系列参与细胞周期控制、细胞增殖分化和细胞凋亡的基因，从而参与灵长类大脑发育的调控。转基因动物的初步研究显示，过表达MCPH1会影响大脑和睾丸的发育，人和非人灵长类的MCPH1在功能可能已经产生分化。