研究人员构建了人类大脑皮层从出生前到成年期细胞发育的首个“多组”图谱

　　

来自西奈山伊坎医学院和耶鲁大学医学院的一组研究人员创建了第一个人类大脑皮层脑细胞发育的“多组”图谱，跨越了从胎儿发育到成年的六个广泛的发育时间点，揭示了它们在大脑发育和疾病中的作用。

“多组”是指在同一生物样本中同时分析多种类型的遗传信息。它们包括基因组，我们细胞中编码的DNA;转录组，细胞从基因组中复制的RNA;表观基因组，化学修饰和调节因子决定了染色质的可及性，

正如《科学进展》所描述的那样，研究人员使用新的科学工具来分析和描述来自每个细胞的两种信息——基因表达(转录组)和DNA结构(表观基因组)——使他们能够对不同发育阶段的细胞类型进行分类。这些数据揭示了基因表达之前染色质结构的特定变化。这些变化对许多过程至关重要，包括神经元的形成。

此外，他们的分析还确定了与基因调控相关的染色质区域，这些基因在人类大脑发育中起着关键作用。值得注意的是，他们发现这些调节区域通常富含与神经精神疾病(如精神分裂症或双相情感障碍)风险增加相关的遗传信号。

“人类大脑的发育从胚胎发育开始，并在出生后通过婴儿期、儿童期、青春期和青年期延伸，”医学博士、博士、精神病学、遗传学和基因组科学教授、伊坎西奈山疾病神经基因组学中心主任、该论文的资深作者帕诺斯·鲁索斯说。“考虑到不同神经发育障碍的发病年龄不同，在整个大脑发育过程中检查风险因素的影响是至关重要的。通过这个图谱的开发，我们对大脑发育和疾病背后复杂的调节机制有了更深入的了解。”

这项工作得到了美国国立卫生研究院大脑研究推进创新神经技术倡议(the Brain Initiative?)的支持。其他研究人员现在可以通过一个在线存储库访问这个全面的地图集，这样其他人就可以参与数据，有效地将其可视化，并将其用于自己的研究。这篇论文包含在《科学》、《科学进展》和《科学转化医学》领域的21项研究中，这些研究详细介绍了作为美国国立卫生研究院大脑倡议细胞普查网络(BICCN)的一部分进行的研究，BICCN是2017年启动的一个项目，旨在以前所未有的细节在细胞类型水平上创建人类和非人类灵长类动物大脑的图谱。

成年期神经精神疾病的基础常常受到发育过程中出现的大脑细胞组成改变的影响。除了在人类大脑皮层中创建第一个人类脑细胞发育图谱外，研究小组还优先排序了152个在一系列神经精神疾病中起因果作用的风险基因。他们的发现超越了现有的知识，绘制了与神经精神疾病有关的细胞类型和时间特异性基因位点。例如，他们发现图雷特综合症与少突胶质细胞有关，而强迫症与星形胶质细胞有关。疾病和细胞类型之间的这两种关联以前是未知的，这些发现有助于更深入地了解不同细胞类型和神经精神疾病之间的复杂关系。

“重要的是要认识到，最有效的治疗干预措施应该针对特定发育阶段的基因功能缺陷进行定制，”伊坎西奈山精神病学、遗传学和基因组科学助理教授Jaroslav Bendl博士说，他是这项工作的合著者。“只有这样，我们才能最大限度地减少进一步的损害，并改善受这些疾病影响的个体的预后。”

在证明了人类大脑皮层的细胞发育图谱是可能的之后，该团队目前正在通过分析更大的样本队列并包括不同的大脑区域来扩大他们的研究。通过这样做，他们的目标是提高分辨率，深入了解复杂的调控机制，并进一步揭示大脑发育和疾病背后的复杂调控逻辑。

本新闻稿中报道的研究得到了NIH BRAIN计划的支持，奖励号为RF1MH128970。本出版物得到BICCN (biccn.org)的支持和协调。该出版物是人类细胞图谱(www.humancellatlas.org/publications/)的一部分。

文章标题

Multi-omic profiling of the developing human cerebral cortex at the single cell level