【學術前沿】 湯富酬/王曉群/喬傑合作發布人類胚胎大腦皮層單細胞...

【學術前沿】 湯富酬/王曉群/喬傑合作發布人類胚胎大腦皮層單細胞時空轉錄組圖譜

2020-08-26 17:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

大腦皮層作為人類神經系統的核心，在進化上具有強烈的人類獨有的特點。從單細胞層面研究人類大腦皮層發育的時空特徵，將有助於闡明影響人類大腦皮層結構建立以及功能實現的分子調控機制。

2020年8月21日，北京大學生命科學學院湯富酬課題組與北京大學第三醫院喬傑課題組聯合中國科學院生物物理研究所王曉群課題組在Science Advances雜誌發表了題為「Single-cell transcriptome analysis reveals cell lineage specification in temporal-spatial patterns in human cortical development」的研究論文。該研究利用高精度的單細胞轉錄組測序手段，全面繪製了人類胚胎發育期（孕期9-26周齡）大腦皮層額葉（FL）、頂葉(PL)、顳葉(TL)、枕葉(OL)以及皮層下區域腦幹(pons)的人類發育細胞圖譜，系統鑑定了人類胚胎發育關鍵階段的8種主要細胞類型及其亞型，並對關鍵的細胞類型進行了深入的功能驗證。

得益於嚴密的實驗設計和取樣的系統性，研究人員鑑定出了一種新的神經前體細胞亞群，在孕期11-14周特異性地富集在皮層的增殖區域。進一步對這群發育階段特異性神經前體細胞的特徵表達基因和信號通路進行深入分析，發現該類細胞同時高表達神經幹細胞特徵基因和分化神經元特徵基因，經典的WNT信號通路處於激活狀態，處於活躍分裂狀態，是產生皮層深層神經元(deep layer neurons)的前體細胞。

人大腦皮層不同空間區域及腦橋的時空發育特徵

研究者接下來對皮層中不同神經前體細胞亞型的特異表達基因，相互發育關係進行了系統梳理，並對前體細胞亞型oRG中特異表達的長非編碼RNA進行功能驗證。oRG細胞是人類和非人靈長類動物的外側室管膜下區（OSVZ）富集的一類神經幹細胞亞型，少量存在於嚙齒類的SVZ區域。oRG細胞在靈長類動物大腦皮層中的大量存在，被認為是大腦皮層神經元大量產生和由無腦回進化到有腦回的關鍵因素之一。通過高精度單細胞轉錄組分析，研究者發現了長非編碼RNA LINC00943在oRG細胞中特異表達，在小鼠胚胎的大腦皮層中瞬時過表達該基因，發現oRG細胞數量顯著增加，提示該長鏈非編碼RNA對於特定神經幹細胞亞群特徵以及區域差異的維持具有重要調控作用。

神經前體細胞發育關係及LINC00943在小鼠發育皮層中的oRG維持重要功能驗證

兼顧腦細胞發育時程和空間分布兩方面，研究者系統總結了人類大腦皮層中不同類型神經元產生的時間周期和關鍵的調控基因。研究團隊首次在孕期24周的額葉神經元中記錄到動作電位信號，說明額葉神經元相比皮層其他區域（PL，TL和OL）更早具備了電生理活性，並擁有更為複雜的細胞形態結構，在電生理水平揭示了大腦皮層各區域發育成熟的時序差異。除此之外，作者們還比較了各細胞類型在皮層不同區域的基因表達差異，同時以腦橋為對照，明確了大腦皮層神經元的特徵，闡述了不同的神經細胞功能與特定的細胞結構基礎間的密切聯繫。

（A）人類大腦皮層神經元產生周期及重要基因調控示意圖；（B）妊娠24周額葉和頂葉皮層神經元形態；（C）妊娠24周額葉和頂葉皮層神經元電生理特徵

該研究是目前對人類大腦皮層各區域發育進行的系統的高精度單細胞分析，為全面解析人類大腦皮層複雜的發育路徑奠定了堅實的基礎。

據悉，北京大學生命科學學院湯富酬教授、北京大學第三醫院喬傑教授和中科院生物物理所王曉群教授為該論文的共同通訊作者，廣東省生物島實驗室研究員範小英、北京大學-清華大學生命聯合研究中心（清華大學）博士生傅元元、中科院生物物理所助理研究員周新、副研究員孫樂為論文的並列第一作者。

原文連結：

https://advances.sciencemag.org/content/6/34/eaaz2978

來源：BioArt

1980-2020

原標題：《【學術前沿】 湯富酬/王曉群/喬傑合作發布人類胚胎大腦皮層單細胞時空轉錄組圖譜》

閱讀原文

特別聲明

本文為澎湃號作者或機構在澎湃新聞上傳並發布，僅代表該作者或機構觀點，不代表澎湃新聞的觀點或立場，澎湃新聞僅提供信息發布平臺。申請澎湃號請用電腦訪問http://renzheng.thepaper.cn。

評論（）