在大腦深處,，隱藏著一個(gè)復(fù)雜而精密的網(wǎng)絡(luò)——基底神經(jīng)節(jié),，它不僅對運(yùn)動控制至關(guān)重要，還與情感,、認(rèn)知功能緊密相連,。然而，這個(gè)區(qū)域的基因表達(dá)和調(diào)控機(jī)制長期以來一直是未解之謎,。今天小編帶大家看一篇發(fā)表在《Giga Science》的文章,，研究通過對成年獼猴基底神經(jīng)節(jié)進(jìn)行C4平臺大規(guī)模單核細(xì)胞測序，為我們帶來了前所未有的洞察,。

DOI:10.1093/gigascience/giad095

期刊：Giga Science（IF=9.2）

研究對象：食蟹猴腦,，sRNA—101,431 cells，snATAC—170,608 cells

使用技術(shù)或方法：DNBelab C sn3'RNA,，DNBelab C snATAC

測序平臺：DNBSEQ-Tx

研究背景

基底神經(jīng)節(jié)是一組位于哺乳動物大腦皮層之下的相互連接的亞皮層結(jié)構(gòu),。基底神經(jīng)節(jié)中多巴胺能神經(jīng)元的退化是帕金森病的主要病理特征,。由于缺乏對多個(gè)基底神經(jīng)節(jié)腦區(qū)多組學(xué)數(shù)據(jù)的綜合分析,，我們對這一區(qū)域的調(diào)控機(jī)制知之甚少。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

主要結(jié)果

1,、獼猴基底神經(jīng)節(jié)的單核轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)可及性分析

研究利用2只雌性獼猴基底節(jié)組織,，進(jìn)行snRNA-seq和snATAC-seq測序，獲得了超過27萬個(gè)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組數(shù)據(jù),，構(gòu)建了食蟹猴基底神經(jīng)節(jié)的精細(xì)單細(xì)胞圖譜,。基于以往研究中不同細(xì)胞類型的maker基因表達(dá),，定義了17種主要細(xì)胞類型和49種亞型。

2,、基底節(jié)神經(jīng)元基因表達(dá)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控的異質(zhì)性

基于神經(jīng)元間基因表達(dá)的異質(zhì)性,，進(jìn)一步研究了基底節(jié)神經(jīng)元亞型的特征。通過snRNA-seq發(fā)現(xiàn)的83,206個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞可分為26種亞型,，進(jìn)一步分析它們的差異表達(dá)基因,。研究定義了兩組CBLN4基因高表達(dá)的興奮性神經(jīng)元,，分別命名為EX_CBLN4-1和EX_CBLN4-2。

研究通過標(biāo)簽轉(zhuǎn)移將snRNA-seq神經(jīng)元細(xì)胞類型映射到snATAC-seq神經(jīng)元細(xì)胞類型,。然后鑒定了兩個(gè)不同的IN_SST神經(jīng)元亞群,，它們表現(xiàn)出不同的分子特征和表觀遺傳特征。

3,、中等棘突神經(jīng)元（MSN）亞型的轉(zhuǎn)錄和調(diào)控異質(zhì)性

GABA 能 MSN 是位于基底節(jié)紋狀體的一種特殊神經(jīng)元群,，占該區(qū)域神經(jīng)元的 95.0%。MSN可分為2個(gè)主要亞型:DRD1-MSN和DRD2-MSN,。研究發(fā)現(xiàn)獼猴DRD1-MSN（46.4%的MSNs）選擇性表達(dá)DRD1和TAC1等基因,，刺激基底神經(jīng)節(jié)的輸出結(jié)構(gòu)。DRD2-MSN（53.6%的MSNs）特異性表達(dá)DRD2基因,，編碼多巴胺受體的D2亞型,，抑制MSN的輸出結(jié)構(gòu)。同樣,，在snATAC-seq中匹配的MSN亞型中,，發(fā)現(xiàn)這些標(biāo)記基因具有高度特異性的基因活性。

4,、基底神經(jīng)節(jié)的分子特化星形膠質(zhì)細(xì)胞亞型

星形膠質(zhì)細(xì)胞位于中樞神經(jīng)系統(tǒng),，具有傳遞神經(jīng)信號、促進(jìn)突觸發(fā)生和傳遞,、修復(fù)神經(jīng)元損傷等功能,，其功能障礙與多種神經(jīng)退行性疾病有關(guān)。在snRNA-seq的23種非神經(jīng)元細(xì)胞類型中,，研究鑒定了5種星形膠質(zhì)細(xì)胞亞型,，并發(fā)現(xiàn)了星形膠質(zhì)細(xì)胞亞型的核特異性分布。

5,、黑質(zhì)細(xì)胞中物種保守和分化基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控

黑質(zhì)被認(rèn)為是基底神經(jīng)節(jié)的主要輸入?yún)^(qū)域,，其功能障礙涉及一系列神經(jīng)疾病，包括帕金森病,、亨廷頓病,、精神分裂癥和強(qiáng)迫癥。為了更好地了解嚙齒動物和靈長類動物黑質(zhì)細(xì)胞中物種保守和分化的轉(zhuǎn)錄組學(xué),，研究整合了人,、獼猴和小鼠黑質(zhì)中的興奮性神經(jīng)元、抑制性神經(jīng)元,、多巴胺神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞的單細(xì)胞數(shù)據(jù)集,，證明了物種間的黑質(zhì)區(qū)域主要細(xì)胞類型是保守的，并確定了可能調(diào)控差異表達(dá)基因活動的轉(zhuǎn)錄因子。

6,、人類性狀和疾病的細(xì)胞類型特異性順式調(diào)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)

在全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)中發(fā)現(xiàn)的疾病風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)在各種細(xì)胞類型特異性調(diào)控元件中表現(xiàn)出不同程度的富集,。研究評估了神經(jīng)系統(tǒng)疾病和其他人類特征的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)在基底神經(jīng)節(jié)細(xì)胞類型中的富集情況，發(fā)現(xiàn)人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)及相關(guān)性狀主要富集在神經(jīng)元細(xì)胞中,。

結(jié)論與意義

研究通過結(jié)合食蟹猴基底神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的表觀遺傳景觀和人類疾病遺傳學(xué)，確定了一個(gè)與精神分裂癥相關(guān)的由順式調(diào)節(jié)元件組成的調(diào)節(jié)模塊,，為理解與精神分裂癥相關(guān)的基因調(diào)控機(jī)制提供了新的視角,。

參考文獻(xiàn)

Li, Zihao, et al. "Deciphering the distinct transcriptomic and gene regulatory map in adult macaque basal ganglia cells." GigaScience 12 (2023): giad095.

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