探索人腦的進(jìn)化通過單細(xì)胞來完成

研究結(jié)果表明，在研究的33個大腦區(qū)域中，將人類與非人類靈長類動物分開的人類特異性表達(dá)差異的分布并不均勻。相反，數(shù)據(jù)表明人腦中存在復(fù)雜的表達(dá)模式，涉及諸如大腦皮層，下丘腦以及小腦灰白色物質(zhì)的區(qū)域。這些差異在人類中-具特色的事實意味著它們經(jīng)歷了更快的進(jìn)化。

在研究細(xì)胞水平時，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了每種細(xì)胞類型在物種之間的多種表達(dá)差異。這擴(kuò)展到非神經(jīng)元細(xì)胞類型，與神經(jīng)元(包括星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)祖細(xì)胞)相比，在被檢查的大腦區(qū)域中人類特異性表達(dá)差異明顯更大。

雖然在每種細(xì)胞類型內(nèi)的物種之間檢測到多種表達(dá)差異，但使用本體RNA測序方法可檢測到其中約三分之一的差異。其余差異只能使用sNuc-Seq進(jìn)行檢測。

盡管在研究中觀察到的細(xì)胞類型特異性進(jìn)化差異確實是新穎的，但作者注意到他們的發(fā)現(xiàn)與文獻(xiàn)一致。他們還從他們的研究中確定了一個重要成分，稱其為“缺失”，這是對發(fā)育中的大腦中表達(dá)進(jìn)化的時間模式的分析。他們認(rèn)為這是該研究領(lǐng)域中適當(dāng)?shù)南乱徊健?/p>

二十一世紀(jì)的神經(jīng)科學(xué)是一個誘人的研究領(lǐng)域，它提供了對人腦的認(rèn)知以及腦疾病背后的分子機(jī)制提供新穎見解的潛力。但是，它需要一點幫助。

大腦非常復(fù)雜，由功能多樣的解剖區(qū)域組成，其中包含多種不同的細(xì)胞類型。我們知道，為了使這些變化的細(xì)胞類型發(fā)揮其功能，必須在整個大腦中差異表達(dá)一系列基因。在某些區(qū)域關(guān)閉了特定基因，而在其他區(qū)域則打開了某些基因。

我們需要能夠通過基因組鏡頭觀察大腦，以評估基因是如何調(diào)節(jié)的(在某些病理情況下是失調(diào)的)，以全面了解其功能。

神經(jīng)科學(xué)和基因組學(xué)的結(jié)合催生了一個日益增長的研究領(lǐng)域，即神經(jīng)基因組學(xué)，該領(lǐng)域旨在通過分析調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)錄過程來了解基因組如何對神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)化，結(jié)構(gòu)，發(fā)育和功能作出貢獻(xiàn)。

單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)的出現(xiàn)使這一壯舉成為可能。這項技術(shù)不斷優(yōu)化，可提供單個細(xì)胞的RNA表達(dá)譜。傳統(tǒng)上，批量RNA測序是這項工作的“金標(biāo)準(zhǔn)”技術(shù)。但是，在混合細(xì)胞群體中，從批量RNA測序獲得的測量值可能會遺漏單個細(xì)胞之間的顯著差異。

近，單核RNA測序(sNuc-Seq)的發(fā)展進(jìn)一步推動了神經(jīng)基因組學(xué)領(lǐng)域。現(xiàn)在，研究人員可以從特定細(xì)胞中分離細(xì)胞核，從而分析該細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)-對于難以分離的細(xì)胞，它是scRNA-seq的一種替代品。

菲利普·海托維奇(Philip Khaitovich)教授領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家Skoltech生命科學(xué)中心已采用大量RNA seq和sNuc-Seq的混合物，對人類，黑猩猩，獼猴和bo黑猩猩的33個不同區(qū)域的基因表達(dá)進(jìn)行了大規(guī)模分析。他們根據(jù)這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建了這些大腦區(qū)域的轉(zhuǎn)錄組圖譜，希望對人類進(jìn)化研究有用。這項研究發(fā)表在《基因組研究》雜志上。

“我們不是第一個研究大腦中基因表達(dá)的人。這是一個重要的研究領(lǐng)域，有朝一日將使人們更加了解人類意識的出現(xiàn)方式。然而，這里的棘手點是表達(dá)發(fā)生進(jìn)化變化可能有兩個可能的原因：大腦某些區(qū)域的細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或細(xì)胞中基因表達(dá)發(fā)生變化。以前，科學(xué)家們無法在這兩種可能性之間劃清界限，現(xiàn)在，借助先進(jìn)的單細(xì)胞分辨率方法，我們終于做到了!我們的新發(fā)現(xiàn)將有助于以前所-未有的微妙水平更好地了解基因表達(dá)進(jìn)化的來龍去脈。” -Ekaterina Khrameeva，該論文的第一作者，Skoltech生命科學(xué)中心的助理教授。