Science:單細胞測序詳解大腦皮質層細胞

2021-03-05 測序中國

利用單細胞測序技術,瑞典卡羅林斯卡學院(Karolinska Institute)的科學家們生成了有關皮質細胞類型以及細胞內活化基因的詳細圖譜。這項發表在《科學》(Science)雜誌上的研究,是第一次應用這種方法如此大規模地分析這樣複雜的組織。研究小組一個一個地檢測了3000多個細胞,並發現了一些迄今未知的細胞類型。

醫學生物化學和生物物理學系資深研究員Sten Linnarsson說:「如果你將大腦比作是一份水果沙拉,你可以說從前的研究就像是用攪拌機來壓榨水果,看看從大腦的不同部分你能獲得什麼顏色的果汁。而近年來,我們開發出了更加靈敏的分析方法使得我們能夠看到哪些基因在單個細胞中活化。這就像是取出水果沙拉片,逐個地檢測它們,然後將它們分成數堆,看包含多少不同的水果種類,它們由什麼構成以及如何相互關聯。」

大約在200年前人們認識到所有的活體生物都是由細胞構成。自從19世紀德國的一組科學家們獲得這一研究發現以來,我們還知道了機體特定組織的特性是由組成細胞所決定,而後者則是由細胞DNA中活化的基因所決定。然而,直到現在對於這一切是如何詳細發生的,尤其是對於機體最複雜的器官大腦仍知之甚少。

在當前的研究中,科學家們採用大規模的單細胞分析解答了其中一些問題。通過一個一個詳細地檢測來自小鼠大腦皮質的3000多個細胞,比較20,000個基因中哪些基因在每個細胞中激活,他們將這些細胞分成虛擬的數堆。鑑別出了47種不同的細胞類型,其中大部分為專門神經元,還包括一些血管細胞以及膠質細胞。膠質細胞具有處理廢物、防止感染以及為神經細胞供應營養物質的功能。

在這一詳細圖譜的幫助下,科學家們發現了迄今未知的一些細胞類型,包括存在於最表麵皮質層的一種神經細胞,以及6種不同的少突膠質細胞。該研究生成的新知識可以更深入地闡明影響髓鞘的一些疾病,例如多發性硬化症(MS)。

該研究的共同領導者Jens Hjerling-Leffler說:「我們還證實了從前的一些研究結果,例如大腦皮質的椎體細胞按功能分層分布。而最重要的是,我們構建出了更詳細的腦細胞圖譜詳細地描述了每種細胞類型,並顯示了每個細胞類型中活化的基因。這為科學界在疾病模型中研究這些細胞類型提供了一個新工具,並可幫助我們更好地了解腦細胞對於疾病和損傷的反應。」

在小鼠大腦和人類大腦中中估計分別有1億個和650億個細胞。神經細胞的直徑大約為20微米,膠質細胞的直接大約為10微米。一微米等同於千分之一毫米。

參考文獻:

Cell types in the mouse cortex and hippocampus revealed by single-cell RNA-seq

來源:生物通


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