新突破│小脑奥秘知多少：单细胞基因表达谱揭示小脑细胞分化机制

来源：iNature

尽管小脑（Cerebellum）体积仅为全脑的十分之一左右, 但其神经元数量大约占全脑的一半以上。近来研究表明，小脑不仅对运动的调节和维持有着重要作用，而且影响情绪、认知等高级功能。小脑发育异常和功能障碍与许多神经和精神疾病有关，例如共济失调，震颤，自闭症障碍和精神分裂症等。了解疾病相关基因在小脑中不同类型细胞的表达特征，有助于理解这些疾病发生发展的原因并设计具体的干预措施。

近期，中科院神经所、上海科技大学罗振革课题组在Journal of Molecular Cell Biology（JMCB）发表了题为“Single-cell transcriptomes reveal molecular specializations of neuronal cell types in the developing cerebellum”的研究成果。

技术模式图

该课题组使用基于微液滴的单细胞基因表达谱技术（采用自10x Genomics）分析了出生后小鼠小脑的21119个细胞的转录组，发现了小脑中8种主要的细胞类型：Granule precursors, Granule cells, Astrocytes, Oligodendrocytes, Purkinje cells, Endothelial cells, Interneurons, 以及Microglia。相对于其他类型的细胞，作者在浦肯野细胞（Purkinje cells）中发现了一个有趣而独特的现象，即线粒体和ATP酶对于浦肯野细胞的成熟发挥着潜在的重要作用。

浦肯野细胞中富集的信号通路 (时间点：小鼠出生后第8天)

进一步，作者分析了28种共济失调风险基因的表达模式和这些基因的共表达网络，发现其中大多数与线粒体功能有关，并且大约有一半的共济失调致病基因特异性地表达在浦肯野细胞中，提示相关疾病的细胞特异性机制。

28种共济失调风险基因的表达模式

此外，该研究还揭示了小脑中间神经元（Interneurons）分化过程中核心转录因子的动态变化，并且鉴定了神经胶质细胞（Glia cells）中分泌蛋白的基因表达谱。

该研究展示了小脑神经细胞发育的全景基因表达模式，为小脑神经元发育调节及相关疾病的分子机制研究提供了重要的数据资源。

与此同时，Current Biology也发表了类似的研究成果，题为“A Single-Cell Transcriptional Atlas of the Developing Murine Cerebellum”。来自美国圣裘德儿童研究医院（St. Jude Children's Research Hospital）的科学家利用单细胞RNA测序，对小鼠小脑中处在不同发育阶段的39245个细胞开展转录组分析，着重分析了转录因子的表达谱变化对小脑颗粒细胞（Granule cells）命运决定的重要作用。此外，该团队还建立了一个交互式的网络工具Cell Seek来促进更多的科学家获取并从不同层面挖掘这些数据，有助于科学家进一步认识小脑发育过程中已知转录调控因子的活性，并探索潜在的新型调控特征。相较于上文，罗振革课题组不仅对小鼠小脑发育过程中转录组水平的动态变化进行了更为详细的解读，而且着重报道了浦肯野细胞（Purkinje cells）与众不同的特征。