在一項新的研究中，來自中國多家研究機構(gòu)的研究人員利用自主研發(fā)的空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)Stereo-seq以及snRNA-seq技術(shù)，繪制了獼猴大腦皮層細胞類型分類圖譜，揭示了細胞類型組成與靈長類動物各個腦區(qū)的關(guān)系，為進一步研究神經(jīng)回路提供了分子和細胞基礎(chǔ)。相關(guān)研究結(jié)果于2023年7月12日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標題為“Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex”。

靈長類動物擁有數(shù)量龐大的神經(jīng)元，它們組成了復(fù)雜而錯綜復(fù)雜的神經(jīng)回路，支持著高級認知和行為。這些細胞和回路的破壞會導(dǎo)致各種腦部疾病。了解大腦中細胞的組成和空間分布以及它們之間的關(guān)系是神經(jīng)科學(xué)中的一個基本問題，堪比化學(xué)中的元素周期表、地理發(fā)現(xiàn)中的世界地圖或通過人類基因組測序發(fā)現(xiàn)的DNA堿基序列。

與其他物種相比，靈長類動物，包括最接近人類的動物模型獼猴，具有更高的認知和社會能力，以及更大的大腦皮層和更多的細胞類型。例如，獼猴大腦有超過60億個細胞，可根據(jù)它們的分子、形態(tài)或生理特征分為數(shù)百種細胞類型，它們的空間分布跨越數(shù)百個不同的腦區(qū)。破譯大腦皮層中細胞亞型的組成和空間分布模式對于理解靈長類動物大腦的組織原理至關(guān)重要。

在這項新的研究中，這些作者利用一種新開發(fā)的大視場空間轉(zhuǎn)錄組方法---Stereo-seq和一種獨立開發(fā)的方法制備了用于實驗的厘米級獼猴大腦薄片。

通過結(jié)合大規(guī)模單細胞轉(zhuǎn)錄組分析，他們獲得了食蟹獼猴整個大腦皮層的全面的三維單細胞圖譜，為系統(tǒng)分析大腦皮層內(nèi)細胞類型分布特異性和區(qū)域特異性以及分子特征提供了指導(dǎo)。

此外，他們還發(fā)現(xiàn)，谷氨酸能神經(jīng)元、GABA能神經(jīng)元和非神經(jīng)元細胞在整個大腦皮層的分布表現(xiàn)出明顯的皮層特異性和區(qū)域特異性。有趣的是，細胞類型組成與視覺和軀體感覺系統(tǒng)中腦區(qū)的分層組織之間存在著明顯的相關(guān)性。同一層次的腦區(qū)往往具有相似的細胞類型組成，從而揭示了細胞組成與腦區(qū)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

此外，通過與可公開獲得的人腦和小鼠大腦單細胞數(shù)據(jù)進行跨物種比較，這些作者發(fā)現(xiàn)了靈長類動物特有的谷氨酸能神經(jīng)元，它們主要位于第4層，高度表達與人類疾病相關(guān)的基因，包括FOXP2、DCC和EPHA3。

圖片來自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.009。

這項新的研究為整個獼猴大腦皮層生成了一個全面的單細胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)集，為未來的研究提供了重要的數(shù)據(jù)資源。這些數(shù)據(jù)可通過下面的網(wǎng)址公開獲得：https://macaque./spatial-omics。

未來，這些作者將繼續(xù)關(guān)注大腦疾病的機制和靶標開發(fā)、腦細胞和結(jié)構(gòu)進化以及大腦功能的細胞和分子機制。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Ao Chen et al. Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.009.

2. Scientists map single-cell spatial distribution atlas of macaque cortex
https:///news/2023-07-scientists-single-cell-spatial-atlas-macaque.html