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知名学者联手发表17篇Nature,全面绘制哺乳动物初级运动皮层细胞类型特征
发布时间:2021-11-08 05:52:00

四年前,美国国立卫生研究院通过推进创新神经技术 (BRAIN) 倡议细胞普查网络 (BICCN) 启动了大脑研究,旨在识别和编目人类、猴子和小鼠大脑中的不同细胞类型。这项雄心勃勃的努力的第一部分现已完成,在分子水平上全面绘制哺乳动物初级运动皮层细胞类型的特征。

这项合作努力整合了各种不同的大规模数据集,以更好地定义脑细胞类型,分析单细胞转录组、染色质可及性、DNA 甲基化组、形态特征和电生理特性,并结合精确的解剖位置。

虽然多模态参考图谱应该通过提供关于运动皮层“部件列表”的详细数据来促进大脑功能的研究,但 BICCN 的这一努力也加速了一种新工具包的开发,以提供对各种神经元亚型的遗传访问,供研究人员检查公开可用的数据集以进一步发现。

该 BICCN 项目的旗舰论文发表在Nature上,旨在通过描述各种分子、布线和功能组件如何结合在一起,建立运动皮层细胞类型组织的统一框架。此外,该旗舰研究还用于验证 BICCN 定义细胞类型的系统策略,为应用类似的协作和综合方法来生成全脑细胞普查和小鼠大脑图谱开辟了未来的方向。

对于最新的一期Nature,共有17篇BICCN 项目文章发表,包括任兵(中国科学技术大学878校友),庄小威(中国科学技术大学87级少年班),曾红奎,Joseph R. Ecker等众多知名学者联合参与。iNature系统盘点了这17篇文章:

1.哺乳动物初级运动皮层的多模式细胞普查和图谱

该研究报告了哺乳动物初级运动皮层的多模式细胞普查和图谱的生成,作为 BRAIN Initiative 细胞普查网络 (BICCN) 的最基本的成果。这是通过对单细胞转录组、染色质可及性、DNA 甲基化组、空间分辨单细胞转录组、形态学和电生理学特性以及细胞分辨率输入-输出映射,进行协调的大规模分析来实现的,这些分析通过跨模式计算分析进行整合。

该研究结果推进了对脑细胞类型组织的集体知识和理解。首先,该研究揭示了皮质细胞类型的统一分子遗传景观,整合了它们的转录组、开放染色质和 DNA 甲基化图谱。其次,跨物种分析实现了转录组类型及其从小鼠到狨猴和人类保守的层次结构的共识分类。第三,原位单细胞转录组学提供了运动皮层的空间分辨细胞类型图谱。第四,跨模态分析为神经元表型的转录组学、表观基因组和基因调控基础(例如其生理和解剖学特性)提供了令人信服的证据,证明了神经元类型的生物学有效性和基因组基础。该研究进一步提出了一个广泛的遗传工具集,用于靶向谷氨酸能神经元类型,将它们的分子和发育特性与其回路功能联系起来。

总之,该研究结果建立了神经元细胞类型组织的统一和机械框架,该框架将多层分子遗传和空间信息与多方面的表型特性相结合。

参考消息:

2.小鼠初级运动皮层的转录组学和表观基因组细胞图谱

单细胞转录组学可以为大脑中不同细胞类型的大型、无偏见的样本提供定量的分子特征。随着多组学数据集的激增,一个主要的挑战是验证结果并将其整合到对细胞类型组织的生物学理解中。

该研究从小鼠初级运动皮层的 500,000 多个单个细胞中生成转录组和表观基因组,这种结构在运动中具有进化上的保守作用。该研究开发了计算和统计方法来整合多模式数据并定量验证细胞类型的可重复性。由此产生的参考图谱——包含超过 56 种神经元细胞类型,在分析方法、测序技术和模式之间具有高度可复制性——是对小鼠初级运动皮层中不同神经元和非神经元细胞类型的综合分子和基因组解释。

该图谱包括一群兴奋性神经元,类似于其他皮质区域的第 4 层中的锥体细胞。该研究进一步发现了这些细胞类型的数千种一致的标记基因和基因调控元件。该研究结果突出了大脑中细胞类型的复杂分子调控,并能够针对小鼠初级运动皮层中的特定细胞类型进行功能分析。

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