Nature:科學家成功創建大腦神經元的基因表達「藍圖」 有望解釋...

2020年11月7日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一項刊登在國際雜誌Nature上的研究報告中，來自紐約大學等機構的科學家們通過研究利用基因測序和機器學習技術對果蠅大腦中超過25萬個神經元進行分類，繪製出了大腦神經元中基因表達的發育藍圖，相關研究結果表明，神經元細胞在發育過程中能夠表現出最豐富的分子多樣性，同時研究人員還發現了此前未知類型的神經元細胞，這種神經元細胞僅會出現在果蠅孵化之前。

研究者Claude Desplan說道，目前研究人員只能夠根據發育史來充分理解組成大腦的不同類型細胞的多樣性，大腦由成千上萬種不同類型的神經元細胞組成，儘管其共享相同的遺傳信息，但神經元能通過在每種神經元類型及其發育的某個階段開啟不同的基因集合來實現多樣性的表現。為了理解大腦細胞的多樣性，長期以來研究人員一直對果蠅進行研究，儘管其大腦比人類大腦要簡單地多，但卻能作為一種模型系統來進行相關研究；此前研究人員識別出了大約6萬個細胞和200種神經元類型能組成果蠅的視神經葉（optic lobes），該大腦區域能加工視覺信息，包括顏色視覺、物體和運動的檢測等。

圖片來源：Desplan Lab/NYU

這項研究中，研究人員對果蠅大腦的視神經葉區域中神經元的多樣性進行了完全分析，同時創建了基因表達的發育藍圖，並比較了成年果蠅大腦中的細胞類型及其在發育過程中的差異等。研究者利用最新開發的一種名為單細胞mRNA測序技術創建了這種發育藍圖，該技術能幫助研究者捕獲並對超過25萬個單一細胞進行mRNA的測序，同時結合機器學習技術就能在發育過程中未每個細胞分配一種特定的類型。Neset ？zel博士表示，我們的數據集幾乎能夠完全解釋已知的視神經葉的神經多樣性，同時還能作為一種範例來幫助理解不同物種的大腦發育情況。

當研究人員創建了這種發育藍圖後，他們就能夠取得很多研究發現，首先他們在果蠅中發現了一種全新的神經元類型，其在發育過程中僅存在於視神經葉的表面，但在果蠅孵化之前其能他通過程序性細胞死亡過程被移除。研究者Felix Simon表示，儘管我們並不理解這些此前未知神經元的功能，但具有相似特性的神經元（Cajal Retzius細胞）也存在於哺乳動物的大腦中，而且其對於合適的大腦發育非常重要。

研究者指出，相比成年神經元而言，這種神經元細胞在發育過程中能夠展現出高水平的分子多樣性，其能促進發育過程中的細胞與特殊的配對細胞形成連接，並能避免錯誤的發生，因此，儘管其在成年人大腦中的生理學特性可能是相同的，但其會因發育史而獲得不同的特徵和功能。本文對於研究人類神經發育障礙的分子機制具有重要意義，神經迴路功能的中斷可能完全是由於某些遺傳程序的缺陷所致，而這些遺傳程序在發育過程中會短暫活躍。本文研究結果表明，形態看似相同的神經元或許在大腦的上半段和下半段會表達不同的基因，而這些差異或許能賦予果蠅一定的能力來對接收到的視覺信息進行不同的計算，比如天空和地面等。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

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