單細胞轉錄組數據揭示腦皮層細胞類型在鯨類與人類之間高度保守
文章來源：康慧 | 發布時間：2023-03-16 | 【打印】 【關閉】
從距今約5550萬年前的陸地到如今海洋生境的轉變對于鯨類而言無疑重塑了大腦，鯨類大腦集早期哺乳動物的保守特征與獨有衍生特征于一身。鯨腦內各個細胞類型高效協同工作以維持其獨特的認知、運動、聽覺及視覺感知等過程。細胞水平的轉錄組學可以系統地表征腦內細胞的多樣性，實現神經科學研究范式由重視細胞解剖向細胞類型分子分類進行過渡。近日，中國科學院深海科學與工程研究所聯合青島華大基因研究院等科研團隊，在Molecular Ecology Resources上發表了以A genome and single-nucleus cerebral cortex transcriptome atlas of the short-finned pilot whale Globicephala macrorhynchus為題的研究論文。
該研究獲得短肢領航鯨首個公開可用的染色體水平基因組資源（圖1a），為加深對短肢領航鯨演化和比較基因組學的認知奠定了基礎，并為成功獲得鯨類腦皮層單核轉錄組數據提供了可能。該研究進而利用單核轉錄組測序技術（single-nuclei RNA sequencing，snRNA-Seq）分析了短肢領航鯨腦皮層五個功能區，揭示了短肢領航鯨腦皮層的細胞多樣性（圖1b）。該研究定義了鯨類六種主要皮層細胞類型，分別為興奮性神經元、抑制性神經元、少突膠質細胞、少突膠質前體細胞、星形膠質細胞、內皮細胞，并進一步將神經元劃分為8個興奮性神經元亞群及4個抑制性神經元亞群。這些數據揭示了高分辨率的細胞類型，與之前對短肢領航鯨神經解剖學的發現相呼應，從而為了解鯨腦分子和細胞網絡的形成提供了基礎數據。鯨類與靈長類動物大約在9000-9500萬年前從共同祖先分開，鑒于大腦結構和功能存在明顯的相似性與差異性，將鯨類與靈長類動物并列加以比較具有重要意義。因而在上述工作基礎上，該研究將短肢領航鯨與靈長類物種人、獼猴（Rhesus macaque, Macaca mulatta）的單核轉錄組測序數據進行整合，發現三個物種腦皮層細胞類型具有高度的相似性與保守性（圖1c-d）。
收集保存新鮮鯨類大腦這類罕見大型標本非常來之不易，導致鯨類大腦的轉錄組分析研究極具挑戰。本研究成功構建出一個較為完整的短肢領航鯨腦皮層單核轉錄組圖譜實屬不易，對于進一步深刻理解鯨類大腦演化及其分子機制提供了科學基礎。
圖1(a) 短肢領航鯨染色體圈圖；(b) 腦皮層細胞類型的UMAP圖；(c) 短肢領航鯨、人類和獼猴皮層細胞的UMAP圖；(d) 顯示短肢領航鯨（左）、獼猴（中）、人（右）皮層細胞類型之間連通性的桑基圖
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.13775
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