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單細胞與空間組學技術助力繪制小鼠大腦細胞空間圖譜

瀏覽次數:497 發(fā)布日期:2025-3-10  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

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文章題目:A high-resolution transcriptomic and spatial atlas of cell types in the whole mouse brain
發(fā)表時間:2023.12
期刊名稱:Nature
影響因子:58.39
實驗平臺:10x單細胞測序;MERFISH數據集


01 研究概述

1.繪制小鼠全腦細胞類型圖譜

首先利用單細胞轉錄組分析(scRNA-seq)和單細胞核轉錄組分析(snRNA-seq)鑒定了小鼠大腦細胞類型,并結合MERFISH數據,根據空間位置及細胞類型將這些細胞分為7個鄰域,后續(xù)進行深入的分析。

img2Fig.1 小鼠全腦細胞類型圖譜

2. 小鼠大腦神經元空間分類

神經元細胞類型在全腦細胞類型中占很大比例,并具有高度的區(qū)域特異性。接下來對神經元細胞群進行深入分析,確定不同神經元細胞類型的區(qū)域特異性。結果共鑒定了6個神經元亞群的鄰域:(1)在大腦皮層結構(包括同皮質、海馬、嗅覺區(qū)等區(qū)域)形成一個獨特的大腦皮層-谷氨酸鄰域;(2)大腦皮層下衍生的 GABA 能( γ-氨基丁.酸)神經元亞類;(3)來自整個下丘腦以及紋狀體樣杏仁核區(qū)域的HY-EA-Glut-GABA鄰域;(4)丘腦以及內側束(MH)和外側束(LH)的TH-EPI-Glut神經元鄰域;(5)中腦(MB)-后腦(HB)-谷氨酸-血清素-多巴胺神經領域;(6)MB-HB-CB-GABA,包含位于中腦、后腦和小腦的所有 GABA 能亞類。

img3Fig.2 神經元細胞轉錄組及空間分布特征

3. 非神經元和未成熟的神經元細胞類型分類空間分布特征

NN-IMN-GC鄰域包括5個非神經元細胞類型、4個未成熟神經元類型和4個顆粒細胞類型。在所有的非神經元細胞類型中,Astro-Epen類表現出最多樣化的空間模式。室管膜的五個亞類分布在整個大腦腦室的不同部位,表現出精細的空間特異性。VLMC類型表現出高度特異的空間和共定位模式。

img4Fig.3 非神經元和未成熟的神經元細胞類型分類空間分布特征

4. 大腦區(qū)域特定的細胞類型特征

最后,為了比較所有細胞類型轉錄組相似性和空間分布鄰近性的關系,使用腦組織MERFISH數據集,量化了所有細胞亞類的全腦空間分布模式。結果發(fā)現,所有神經元亞類局限于特定的腦區(qū),而非神經元亞類在整個大腦分布更廣泛,并且轉錄組更相近的細胞類型在空間上彼此位于更近的位置。此外,不同區(qū)域細胞類型的數量與細胞數量沒有相關性,下丘腦、中腦和后腦區(qū)域包含最多的細胞聚類,并且在這些細胞類型較復雜的區(qū)域,每個區(qū)域內細胞類型之間的轉錄組更加相似,這表明這些區(qū)域的細胞類型層次化程度較低。

img5Fig.4 大腦區(qū)域特定的細胞類型特征

02 文章小結

本研究通過單細胞聯合空間技術,繪制了小鼠整個大腦空間細胞圖譜,并系統地分析了大腦中的神經元和非神經元細胞類型,確定了每種細胞類型的轉錄組和空間特異性之間的相關性。結果揭示了不同大腦區(qū)域細胞類型組織的獨特特征,特別是大腦背側和腹側部分的二分性。背側部分包含相對較少但高度分化的神經元類型,而腹側部分包含更多數量的神經元類型。總之,完整小鼠大腦空間細胞圖譜的繪制,為大腦相關研究建立了參考圖譜和理論依據。

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