Science:单细胞甲基化测序助你区分神经元

【字体: 时间:2017年08月14日 来源:生物通

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  哺乳动物的大脑包含着各种各样的神经元,但如何鉴定,这是一个问题。近日,Salk生物研究所领导的团队根据甲基化和调控特征,区分小鼠和人类大脑样本中的神经元亚型,并鉴定出人类额叶皮质中一组新的神经元。这项成果于周五发表在《Science》杂志上。

  

生物通报道  哺乳动物的大脑包含着各种各样的神经元,但如何鉴定,这是一个问题。近日,Salk生物研究所领导的团队根据甲基化和调控特征,区分小鼠和人类大脑样本中的神经元亚型,并鉴定出人类额叶皮质中一组新的神经元。这项成果于周五发表在《Science》杂志上。

研究人员利用单细胞甲基化组测序分析小鼠和人类额叶皮质样本中近6200个神经元,并根据甲基化和调控元件特征来聚类已知的神经元亚型。此外,他们还指出人类大脑中存在一种新的神经元亚型,称为“第6层兴奋性神经元”,它们有着独特的甲基化标记。

这篇论文的通讯作者之一、Salk研究所的计算神经生物学研究人员Margarita Behrens表示:“我们的研究表明,我们能够根据神经元的甲基化组来清晰定义神经元类型。这有助于我们了解同一区域、外表相似的两种神经元为何表现不同。”

在这项研究中,Behrens及其同事采用了一种基于单核亚硫酸氢盐转化的甲基胞嘧啶测序方法(snmC-seq),来分析样本中5-甲基胞嘧啶和5-羟甲基胞嘧啶模式。他们的研究对象包括从一只8周龄小鼠大脑中分离出的3,377个神经元,以及从一名已故的25岁男子的额叶皮层区域分离出的2,784个神经元。

snmC-seq的样本制备过程融合了细胞分选、亚硫酸氢盐转化,以及Swift Biosciences的Accel-NGS Adaptase接头模块。结果表明,此方法大大提升了每个测序运行的数据产量,同时降低了整体成本。有意思的是,Swift Biosciences的总裁Timothy Harkins也是本文的作者之一。

(图片来自Swift Biosciences

“单细胞RNA测序主要产生高表达转录本的信息,而单神经元甲基化组测序检测足够长的任何基因或非基因区域,”作者解释道。“单细胞甲基化组学揭示了绝大部分的基因组中的调控信息,而这些无法由RNA测序直接评估。”

研究团队的甲基化聚类分析发现小鼠细胞存在16种神经元亚型,而人类额叶皮质细胞存在21种神经元亚型。它还发现了某些兴奋性或抑制性神经元所特有的甲基化标记,同时强调了这些神经元在人类和小鼠大脑样本中的分布。

通过这些甲基化标记,研究人员也发现了一种新的神经元亚型,称为“第6层兴奋性神经元”。不过,作者也提醒说,未来还需要解剖学、生理学和功能实验来鉴定此项研究根据DNA甲基化定义的神经群体。

这篇论文的共同第一作者、Salk生物研究所的Chongyuan Luo表示:“大脑中存在着几百种功能和行为不同的脑细胞,了解这些脑细胞对理解大脑如何运作很重要。我们的目标是创建小鼠和人类大脑的部件清单。”(生物通 薄荷)

原文检索

Single-cell methylomes identify neuronal subtypes and regulatory elements in mammalian cortex

Science  11 Aug 2017:
Vol. 357, Issue 6351, pp. 600-604
DOI: 10.1126/science.aan3351

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