單細胞基因表達譜揭示小腦細胞分化機制

　　盡管小腦（Cerebellum）體積僅為全腦的十分之一左右, 但其神經元數量大約占全腦的一半以上。近來研究表明，小腦不僅對運動的調節和維持有著重要作用，而且影響情緒、認知等高級功能。小腦發育異常和功能障礙與許多神經和精神疾病有關，例如共濟失調，震顫，自閉癥障礙和精神分裂癥等。了解疾病相關基因在小腦中不同類型細胞的表達特征，有助于理解這些疾病發生發展的原因并設計具體的干預措施。

　　近期，中科院神經所、上海科技大學羅振革課題組在Journal of Molecular Cell Biology（JMCB）發表了題為“Single-cell transcriptomes reveal molecular specializations of neuronal cell types in the developing cerebellum”的研究成果。

　　該課題組使用基于微液滴的單細胞基因表達譜技術（采用自10x Genomics）分析了出生后小鼠小腦的21119個細胞的轉錄組，發現了小腦中8種主要的細胞類型：Granule precursors, Granule cells, Astrocytes, Oligodendrocytes, Purkinje cells, Endothelial cells, Interneurons, 以及Microglia。相對于其他類型的細胞，作者在浦肯野細胞（Purkinje cells）中發現了一個有趣而獨特的現象，即線粒體和ATP酶對于浦肯野細胞的成熟發揮著潛在的重要作用。

　　進一步，作者分析了28種共濟失調風險基因的表達模式和這些基因的共表達網絡，發現其中大多數與線粒體功能有關，并且大約有一半的共濟失調致病基因特異性地表達在浦肯野細胞中，提示相關疾病的細胞特異性機制。

　　此外，該研究還揭示了小腦中間神經元（Interneurons）分化過程中核心轉錄因子的動態變化，并且鑒定了神經膠質細胞（Glia cells）中分泌蛋白的基因表達譜。

　　該研究展示了小腦神經細胞發育的全景基因表達模式，為小腦神經元發育調節及相關疾病的分子機制研究提供了重要的數據資源。

　　與此同時，Current Biology也發表了類似的研究成果，題為“A Single-Cell Transcriptional Atlas of the Developing Murine Cerebellum”。來自美國圣裘德兒童研究醫院（St. Jude Children's Research Hospital）的科學家利用單細胞RNA測序，對小鼠小腦中處在不同發育階段的39245個細胞開展轉錄組分析，著重分析了轉錄因子的表達譜變化對小腦顆粒細胞（Granule cells）命運決定的重要作用。此外，該團隊還建立了一個交互式的網絡工具Cell Seek來促進更多的科學家獲取并從不同層面挖掘這些數據，有助于科學家進一步認識小腦發育過程中已知轉錄調控因子的活性，并探索潛在的新型調控特征。相較于上文，羅振革課題組不僅對小鼠小腦發育過程中轉錄組水平的動態變化進行了更為詳細的解讀，而且著重報道了浦肯野細胞（Purkinje cells）與眾不同的特征。