Nature：科学家成功创建大脑神经元的基因表达“蓝图” 有望解释大脑细胞多样性的奥秘！
来源：本站原创 2020-11-07 20:41
2020年11月7日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自纽约大学等机构的科学家们通过研究利用基因测序和机器学习技术对果蝇大脑中超过25万个神经元进行分类，绘制出了大脑神经元中基因表达的发育蓝图，相关研究结果表明，神经元细胞在发育过程中能够表现出最丰富的分子多样性，同时研究人员还发现了此前未知类型的神经元细胞
2020年11月7日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自纽约大学等机构的科学家们通过研究利用基因测序和机器学习技术对果蝇大脑中超过25万个神经元进行分类，绘制出了大脑神经元中基因表达的发育蓝图，相关研究结果表明，神经元细胞在发育过程中能够表现出最丰富的分子多样性，同时研究人员还发现了此前未知类型的神经元细胞，这种神经元细胞仅会出现在果蝇孵化之前。
研究者Claude Desplan说道，目前研究人员只能够根据发育史来充分理解组成大脑的不同类型细胞的多样性，大脑由成千上万种不同类型的神经元细胞组成，尽管其共享相同的遗传信息，但神经元能通过在每种神经元类型及其发育的某个阶段开启不同的基因集合来实现多样性的表现。为了理解大脑细胞的多样性，长期以来研究人员一直对果蝇进行研究，尽管其大脑比人类大脑要简单地多，但却能作为一种模型系统来进行相关研究；此前研究人员识别出了大约6万个细胞和200种神经元类型能组成果蝇的视神经叶（optic lobes），该大脑区域能加工视觉信息，包括颜色视觉、物体和运动的检测等。
图片来源：Desplan Lab/NYU
这项研究中，研究人员对果蝇大脑的视神经叶区域中神经元的多样性进行了完全分析，同时创建了基因表达的发育蓝图，并比较了成年果蝇大脑中的细胞类型及其在发育过程中的差异等。研究者利用最新开发的一种名为单细胞mRNA测序技术创建了这种发育蓝图，该技术能帮助研究者捕获并对超过25万个单一细胞进行mRNA的测序，同时结合机器学习技术就能在发育过程中未每个细胞分配一种特定的类型。Neset ？zel博士表示，我们的数据集几乎能够完全解释已知的视神经叶的神经多样性，同时还能作为一种范例来帮助理解不同物种的大脑发育情况。
当研究人员创建了这种发育蓝图后，他们就能够取得很多研究发现，首先他们在果蝇中发现了一种全新的神经元类型，其在发育过程中仅存在于视神经叶的表面，但在果蝇孵化之前其能他通过程序性细胞死亡过程被移除。研究者Felix Simon表示，尽管我们并不理解这些此前未知神经元的功能，但具有相似特性的神经元（Cajal Retzius细胞）也存在于哺乳动物的大脑中，而且其对于合适的大脑发育非常重要。
研究者指出，相比成年神经元而言，这种神经元细胞在发育过程中能够展现出高水平的分子多样性，其能促进发育过程中的细胞与特殊的配对细胞形成连接，并能避免错误的发生，因此，尽管其在成年人大脑中的生理学特性可能是相同的，但其会因发育史而获得不同的特征和功能。本文对于研究人类神经发育障碍的分子机制具有重要意义，神经回路功能的中断可能完全是由于某些遗传程序的缺陷所致，而这些遗传程序在发育过程中会短暂活跃。本文研究结果表明，形态看似相同的神经元或许在大脑的上半段和下半段会表达不同的基因，而这些差异或许能赋予果蝇一定的能力来对接收到的视觉信息进行不同的计算，比如天空和地面等。（生物谷Bioon.com）
原始出处：
Özel, M.N., Simon, F., Jafari, S. et al. Neuronal diversity and convergence in a visual system developmental atlas. Nature (2020). doi：10.1038/s41586-020-2879-3
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