探索人腦的進化通過單細胞來完成

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)歷了更快的進化。

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

雖然在每種細胞類型內(nèi)的物種之間檢測到多種表達差異，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進行檢測。

盡管在研究中觀察到的細胞類型特異性進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)育中的大腦中表達進化的時間模式的分析。他們認為這是該研究領(lǐng)域中適當?shù)南乱徊健?/p>

二十一世紀的神經(jīng)科學是一個誘人的研究領(lǐng)域，它提供了對人腦的認知以及腦疾病背后的分子機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胞類型。我們知道，為了使這些變化的細胞類型發(fā)揮其功能，必須在整個大腦中差異表達一系列基因。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)科學和基因組學的結(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，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)的進化，結(jié)構(gòu)，發(fā)育和功能作出貢獻。

單細胞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，可提供單個細胞的RNA表達譜。傳統(tǒng)上，批量RNA測序是這項工作的“金標準”技術(shù)。但是，在混合細胞群體中，從批量RNA測序獲得的測量值可能會遺漏單個細胞之間的顯著差異。

近，單核RNA測序(sNuc-Seq)的發(fā)展進一步推動了神經(jīng)基因組學領(lǐng)域。現(xiàn)在，研究人員可以從特定細胞中分離細胞核，從而分析該細胞內(nèi)的基因表達-對于難以分離的細胞，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)的一組科學家Skoltech生命科學中心已采用大量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)域的基因表達進行了大規(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發(fā)生進化變化可能有兩個可能的原因：大腦某些區(qū)域的細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或細胞中基因表達發(fā)生變化。以前，科學家們無法在這兩種可能性之間劃清界限，現(xiàn)在，借助先進的單細胞分辨率方法，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進化的來龍去脈。” -Ekaterina Khrameeva，該論文的第一作者，Skoltech生命科學中心的助理教授。