

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)揭示腦皮層細(xì)胞類型在鯨類與人類之間高度保守
文章來源:康慧 | 發(fā)布時(shí)間:2023-03-16 | 【打印】 【關(guān)閉】
從距今約5550萬年前的陸地到如今海洋生境的轉(zhuǎn)變對(duì)于鯨類而言無疑重塑了大腦,鯨類大腦集早期哺乳動(dòng)物的保守特征與獨(dú)有衍生特征于一身。鯨腦內(nèi)各個(gè)細(xì)胞類型高效協(xié)同工作以維持其獨(dú)特的認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)、聽覺及視覺感知等過程。細(xì)胞水平的轉(zhuǎn)錄組學(xué)可以系統(tǒng)地表征腦內(nèi)細(xì)胞的多樣性,實(shí)現(xiàn)神經(jīng)科學(xué)研究范式由重視細(xì)胞解剖向細(xì)胞類型分子分類進(jìn)行過渡。近日,中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所聯(lián)合青島華大基因研究院等科研團(tuán)隊(duì),在Molecular Ecology Resources上發(fā)表了以A genome and single-nucleus cerebral cortex transcriptome atlas of the short-finned pilot whale Globicephala macrorhynchus為題的研究論文。
該研究獲得短肢領(lǐng)航鯨首個(gè)公開可用的染色體水平基因組資源(圖1a),為加深對(duì)短肢領(lǐng)航鯨演化和比較基因組學(xué)的認(rèn)知奠定了基礎(chǔ),并為成功獲得鯨類腦皮層單核轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)提供了可能。該研究進(jìn)而利用單核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)(single-nuclei RNA sequencing,snRNA-Seq)分析了短肢領(lǐng)航鯨腦皮層五個(gè)功能區(qū),揭示了短肢領(lǐng)航鯨腦皮層的細(xì)胞多樣性(圖1b)。該研究定義了鯨類六種主要皮層細(xì)胞類型,分別為興奮性神經(jīng)元、抑制性神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)前體細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞,并進(jìn)一步將神經(jīng)元?jiǎng)澐譃?/font>8個(gè)興奮性神經(jīng)元亞群及4個(gè)抑制性神經(jīng)元亞群。這些數(shù)據(jù)揭示了高分辨率的細(xì)胞類型,與之前對(duì)短肢領(lǐng)航鯨神經(jīng)解剖學(xué)的發(fā)現(xiàn)相呼應(yīng),從而為了解鯨腦分子和細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的形成提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鯨類與靈長(zhǎng)類動(dòng)物大約在9000-9500萬年前從共同祖先分開,鑒于大腦結(jié)構(gòu)和功能存在明顯的相似性與差異性,將鯨類與靈長(zhǎng)類動(dòng)物并列加以比較具有重要意義。因而在上述工作基礎(chǔ)上,該研究將短肢領(lǐng)航鯨與靈長(zhǎng)類物種人、獼猴(Rhesus macaque, Macaca mulatta)的單核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,發(fā)現(xiàn)三個(gè)物種腦皮層細(xì)胞類型具有高度的相似性與保守性(圖1c-d)。
收集保存新鮮鯨類大腦這類罕見大型標(biāo)本非常來之不易,導(dǎo)致鯨類大腦的轉(zhuǎn)錄組分析研究極具挑戰(zhàn)。本研究成功構(gòu)建出一個(gè)較為完整的短肢領(lǐng)航鯨腦皮層單核轉(zhuǎn)錄組圖譜實(shí)屬不易,對(duì)于進(jìn)一步深刻理解鯨類大腦演化及其分子機(jī)制提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

圖1(a) 短肢領(lǐng)航鯨染色體圈圖;(b) 腦皮層細(xì)胞類型的UMAP圖;(c) 短肢領(lǐng)航鯨、人類和獼猴皮層細(xì)胞的UMAP圖;(d) 顯示短肢領(lǐng)航鯨(左)、獼猴(中)、人(右)皮層細(xì)胞類型之間連通性的桑基圖
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.13775

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