文献速递：空间转录组+单细胞转录组揭示发育中小鼠胚胎的大脑单细胞分辨率的空间分子结构
文章题目：Molecular architecture of the developing mouse brain
发表期刊：Nature
发表时间：2021.7.28
实验平台：10x Genomics&In-situ Sequencing
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03775-x
摘要
哺乳动物的大脑是通过扩散形态原、细胞-细胞相互作用和内在遗传机制而产生的复杂的内在空间线索发育而来，这些因素可能产生一千多种不同的细胞类型。完全理解这一过程，需要对整个大脑发育的时空范围内的细胞状态进行系统的描述。单细胞RNA测序和空间转录组学具有揭示复杂组织的细胞异质性的能力，该能力在神经系统的研究中特别强大。以前的研究探索了特定大脑区域、整个成人大脑甚至整个胚胎的发育。本文绘制了小鼠胚胎大脑从原肠胚到出生的全面的单细胞转录组图谱。本文鉴定了近800种细胞状态，描述了大脑及其外膜功能成分的发育程序，包括早期神经上皮、区域特异性次级组织以及神经源性和胶质源性祖细胞。本文使用原位mRNA测序来绘制关键发育基因的空间表达模式。将原位数据与本文的转录组数据相结合，揭示了神经系统形成过程中神经祖细胞的精确空间构成。
实验结果
1.构建发育中的小鼠脑的转录组图谱
本文使用基于液滴的单细胞RNA测序，对小鼠第7天和第18天之间的胚胎脑每天 取样进行分析；过滤掉低质量和双细胞的数据，共得到93个样本，215个胚胎的292,495个细胞，每个细胞平均的转录本（UMI）和基因分别为5766个和1934个。使用最新版本的Cytograph分析流程，本文鉴定了798个簇（图一）。
图一 发育中的小鼠脑细胞图谱
图二 神经管次级组织者的分子多样性
3. 鉴定了非神经元的细胞类型
簇状树状图的一个明显分支包括胶质细胞和相关祖细胞，并显示两个主要细胞群:表达神经源性标记的细胞群（如Neurog2或Dlx2）和表达胶质标记的细胞群（Tnc或Egfr等）(图3b，c).本文将后者称为成胶质细胞，因为它们可能具有胶质细胞的功能。本文发现有超过7000个基因在这两个细胞群中差异表达；胶质母细胞优先表达星形胶质细胞和少突胶质细胞相关基因。神经源性向胶质源性转变发生在E12和E16之间。本文发现了一个起源于早期神经嵴和间充质的分支脑膜谱系。对这些细胞进行详细的分析发现，他们显示原始成纤维细胞的细胞状态，在E9表达Mkx、Alx1、Alx3和Tbx18，并在E15时分化为软脑膜 (Col15a1)和蛛网膜(Slc22a2)。本文还发现了硬脑膜(Ccn3，以前称为Nov)和血管周围类成纤维细胞(Tcf21)，但其与脑膜谱系的关系尚不清楚。
图三 非神经元的细胞类型
4. 原位杂交测序鉴定神经系统形成过程中神经祖细胞的精确空间构成
图四 发育脑细胞类型和细胞状态的空间分布
5. 原位杂交测序和转录组测序阐述神经元多样性的起源
结语
转录组图谱概述了产前大脑转录组多样性，迈出了研究哺乳动物神经系统发育的重要一步。时间、谱系和区域特异性基因表达的丰富信息为基因靶向和理解神经发育障碍和脑癌提供了强有力的工具。
文：WLL
排版：市场部
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https://sci-hub.se/https://www.nature.com/articles/s41586-021-03775-x
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