Scripps研究所、加州大學圣地亞哥分校和Illumina的團隊已經(jīng)完成了不同的單個腦神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組的首次大規(guī)模評估。他們的研究顯示了人腦細胞用來從DNA到RNA轉(zhuǎn)錄遺傳信息和產(chǎn)生蛋白的分子有驚人的多樣性。
研究人員通過從人的大腦中分離單個神經(jīng)元細胞核進行分析來完成這一壯舉，這允許對大腦皮層中的16個神經(jīng)元亞型，參與思想、認知和許多其他功能的“灰質(zhì)”的分類。
Scripps研究所的神經(jīng)生物學家Jerold Chun教授說：“通過一個絕妙的科學合作，我們發(fā)現(xiàn)細胞之間存在大量的轉(zhuǎn)錄組多樣性，這將促進對正常腦和疾病的認識，比如阿爾茨海默氏癥，帕金森，ALS和抑郁癥。”
這項研究于6月24日發(fā)表在Science雜志上。
各個都不同
部分的大腦皮質(zhì)在顯微鏡下看起來有所不同，由不同的細胞形狀和密度形成皮質(zhì)層，大部分被稱為“Brodmann“區(qū)域。但多數(shù)研究者在他們的研究中將神經(jīng)元作為一個相當一致的組。
Chung說：“研究人員往往做出假設(shè)：從一個微小的大腦樣本獲得的信息對于整個大腦是真實的。”
Chung解釋說但是大腦不像其它器官。人們越來越認識到單個的腦細胞都是獨一無二的，而且可能是腦皮層區(qū)之間的微小差異也反映了獨特的轉(zhuǎn)錄組差異，比如在表達基因、信使RNA（mRNA，它在核外攜帶了DNA代碼的拷貝并決定了細胞生產(chǎn)的蛋白質(zhì)）上。
為了更好地理解這種多樣性，在這個新的研究里研究人員在一個人的大腦皮質(zhì)的六個Brodmann區(qū)域分析了超過3200個單個的神經(jīng)元，是之前發(fā)表文章的十倍。
研究人員憑借著新開發(fā)的工具對單個細胞的核進行了分離和測序，破譯了每個核里微量的mRNA，揭示了16種神經(jīng)元亞型在大腦皮層和Brodmann區(qū)域中集群的不同組合。這對揭示為什么這些區(qū)域的外觀和功能不同有所幫助。
神經(jīng)元表現(xiàn)出預期的相似之處，也有許多差異。它們的轉(zhuǎn)錄譜，揭示了單神經(jīng)元獨特的、可能導致細胞功能差異的特征。
文章第一作者，Chun實驗室的Gwendolyn E. Kaeser說：“現(xiàn)在我們可以在大腦的單個神經(jīng)元中找出大量的分子異質(zhì)性。”
許多新問題
有趣的是，其中有些基因表達的差異在出生前的早期大腦發(fā)育中就已出現(xiàn)。研究人員找到一些神經(jīng)元的標記表明它們起源于胎兒大腦稱為神經(jīng)節(jié)隆起的特定區(qū)域，從而產(chǎn)生大腦皮層的抑制性神經(jīng)元。這些神經(jīng)元可能跟發(fā)育性腦部疾病有特殊的相關(guān)性。
在未來的研究中，研究人員希望調(diào)查神經(jīng)元DNA和mRNA在單個神經(jīng)元、組和人腦之間的不同，以及這些如何被如壓力、藥物或疾病等因素影響。