新闻中心
当前位置: 首 页 > 新闻中心 > 技术资讯

成年小鼠脊髓的单细胞转录组分析揭示了运动神经元的分子多样性

2022-04-02 17:28:46

2021年4月,由Jacob A. Blum教授领导的研究团队在《Nature Neurosci》上发表了一篇研究论文,文章表明,研究人员分析了来自成年小鼠脊髓的 43,890 个单核转录组,通过空间定位以及神经调节信号基因的表达情况,确定了 16 个交感运动神经元簇;在成人脊髓中发现了骨骼运动神经元的异质性,包括与运动神经元池相关的转录差异;通过数据分析,还发现了骨骼运动神经元新的转录细胞亚群。这些结果提供了一个单细胞转录图谱,对研究成人运动神经元复杂的分化逻辑,以及运动神经元在健康和疾病中的分子机制具有重要作用。

中枢神经系统从周围环境的接收感觉输入、整合信息、与全身的肌肉和器官进行交流、最后做出适当的反应。一个庞大的、相互连接的神经元网络负责处理信息和调节运动行为,但从中枢神经系统到外周肌肉的信号传输是由一种特殊且稀有的细胞群控制的:脊髓运动神经元。

脊髓运动神经元位于中枢神经系统,轴突可以延伸到外围,到达其神经调节的目标区域。它们的活动对于身体调节必不可少,主要涉及血压调节、汗液分泌、收缩肌纤维收缩等。由于体内肌肉功能十分多样,运动神经元需要根据其控制的效应细胞的特征调整突触连接和电生理反映。

基于运动神经元的生理重要性,脊髓运动神经元功能障碍是人类神经肌肉疾病的主要致病因素也就不足为奇。事实上,脊髓运动神经元变性是导致肌萎缩侧索硬化症 (ALS)、脊髓性肌萎缩和其他罕见的神经肌肉疾病的主要原因。了解成人运动神经元亚型之间的转录差异将有助于分析易感和耐药人群的分子机制,从而更好地了解运动神经元易感性的分子基础。

虽然脊髓运动神经元具有十分重要的功能作用,但它们在哺乳动物脊髓中占细胞总数的比例不到 0.4%,这种稀有性使得难以表征它们的转录特征。为了解决这一问题,研究人员使用荧光报告基因小鼠开发了一种运动神经元富集策略。与之前相比,该方法让成年小鼠运动神经元核的表达增加了约 100 倍。

随后,研究人员对成年小鼠脊髓的 43,890 个细胞核进行了单核 RNA测序(snRNA-seq),为脊髓运动系统提供了高度的单细胞分辨率,研究人员根据新发现的标记基因,以转录方式区分自主神经系统和躯体神经系统的脊髓运动神经元。研究人员详细阐述了成年哺乳动物运动系统在单细胞分辨率下的分子特征;之后使用转基因运动神经元富集策略,极大地扩展了神经元的转录特征,并在自主和躯体神经系统中发现了新的分裂。

接着,研究人员对成年小鼠脊髓中的运动神经元的转录特征进行了分析和验证。研究发现,单核转录可以通过定义运动神经元用来交流的神经肽、递质和受体,为大脑和身体之间的联系提供关键通路。这种详细的表征有助于开发可以用于广泛实验的研究模型,包括转基因小鼠和干细胞重编程为特定运动神经元亚型的方法,解锁对脊髓运动神经元的遗传访问。

之后,研究人员使用核富集和测序策略深入了解成年小鼠脊髓中胆碱能神经元的异质性。在自主运动系统中,发现了 16 个交感内脏运动神经元簇,包括几个定位于骶髓的簇。内脏运动神经元亚型表达完全不同的神经肽,例如生长抑素、神经降压素和脑啡肽原。这表明了一种潜在的神经肽作用机制,它控制着内脏运动神经元与其外围目标之间的传递,这是一直以来都未得到全面证实的假设。研究人员的研究结果还提供了一种可能性,即有朝一日,特定的内脏运动神经元群可能会作为靶点,靶向治疗人类自主神经功能障碍。

在躯体神经系统中,研究人员提出了新的α和γ运动神经元标记物,并确定了一个新的骨骼运动神经元(γ*),它具有难以捉摸的 β 运动神经元的特征。

最后,研究人员还揭示了快速和慢速α运动神经元群中选择性表达的基因,这些神经元具有不同的电生理和代谢活动。这些差异表达的基因给了解运动神经元亚型如何建立独特的生物物理特性提供了新的研究思路。快速和慢速发射的 α 运动神经元表达不同的钾离子通道亚基,这些亚基是调节神经元静息膜电位和放电速率所必须的。这些表达谱也可能有助于开发改善运动神经元功能异常的方法,这些运动神经元在 ALS 中严重退化。

总的来说,研究人员已经确定了运动神经元的新标记,解锁了对成人脊髓中重要神经元的遗传访问,给体外转录运动神经元提供了可能性,并提供了一个单细胞框架来表征它们在健康和疾病中的行为。这些研究结果将助力脑科学取得更多的进展。

宁波易赛腾生物科技有限公司   李福云编译

原文链接:

Sci-Hub | Single-cell transcriptomic analysis of the adult mouse spinal cord reveals molecular diversity of autonomic and skeletal motor neurons. Nature Neuroscience, 24(4), 572–583 | 10.1038/s41593-020-00795-0



标签

下一篇:没有了

近期浏览:

联系我们
公众微信号

扫一扫添加微信

联系人:柳先生15058051886

联系邮箱:phageliu@163.com

联系人:刘先生15268419073

联系邮箱:Imlect2019@163.com

地址:宁波市镇海区中官西路777号