脊椎动物神经管时空模式整合的顺式调控逻辑：染色质可及性程序协调神经细胞命运决定

本研究揭示了脊椎动物神经发育中时空模式整合的新机制。研究人员通过ATAC-seq和CRISPR筛选等技术，发现神经前体细胞中存在一个保守的全局性染色质可及性时序程序，该程序由Nr6a1和NFIA/B等转录因子调控，通过"时间优先"（chronotopic）策略整合空间信息，决定不同神经元和胶质细胞亚型的生成顺序。这一发现为理解神经系统细胞多样性产生机制提供了新视角，对干细胞定向分化具有重要指导意义。

　　

脊椎动物神经系统的发育是一个精妙的时空调控过程，其中神经管需要从有限的神经前体细胞(NPs)产生大量功能各异的神经元和胶质细胞亚型。虽然空间模式化机制已被广泛研究，但关于时间模式如何与空间信息整合以产生细胞多样性的机制仍不清楚。这个问题的解答对理解神经系统发育和再生医学应用都具有重要意义。

The Francis Crick Institute的研究团队在《Developmental Cell》发表的研究中，通过多组学分析和功能实验，揭示了神经前体细胞中保守的染色质可及性时序程序及其调控机制。研究发现这一程序独立于空间输入，通过改变染色质可及性动态调控基因表达，最终决定不同细胞命运的产生顺序。这一发现为理解神经系统细胞多样性产生的调控逻辑提供了新框架。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：(1)体外神经前体细胞分化系统模拟发育过程；(2)细胞类型特异性ATAC-seq(CaTS-ATAC)和RNA-seq(CaTS-RNA-seq)分析染色质和转录组动态；(3)CRISPR-Cas9筛选鉴定时序程序调控因子；(4)小鼠和鸡胚胎模型验证关键发现。

研究结果部分：

"神经前体细胞中的染色质可及性时序程序"

通过分析p0-p1、p2和pMN三种空间身份的神经前体细胞，发现所有细胞类型共享相似的染色质可及性变化模式，而时间点的差异远大于空间身份的差异。这表明存在一个跨空间区域的全局性时序程序。

"染色质时序程序在整个神经轴中的保守性"

比较分析显示，脊髓中鉴定的时序调控元件在小脑、视网膜和皮层等不同脑区同样呈现保守的动态变化模式，提示这一调控机制在整个中枢神经系统具有普遍性。

"CRISPR筛选鉴定时序程序调控因子"

筛选发现Nr6a1是早期程序的促进因子，而Eed、Ezh2(PRC2复合物成员)和Brd8等是晚期程序的正向调控因子。特别是Nr6a1过表达会延迟NFIA+细胞的产生，而敲除则加速时序进程。

"全局染色质时序程序指导位置特异性基因表达"

研究发现空间特异性基因的表达差异主要通过转录因子在共享的可及性元件上的差异结合实现，而非元件本身的差异可及性。例如Pax6的调控元件在所有细胞类型中均可及，但被NKX6.1和OLIG2等空间转录因子差异结合。

"前体细胞时序程序控制后代细胞类型身份"

功能实验证实，干扰前体细胞的时序程序(如改变Nr6a1表达)会改变神经元亚型的产生顺序和比例，说明前体细胞的染色质状态直接决定其产生细胞的命运。

研究结论与讨论：

这项研究揭示了脊椎动物神经发育中时空信息整合的"时间优先"机制，与果蝇中发现的"空间优先"策略形成鲜明对比。在脊椎动物中，时序转录因子(TTFs)如Nr6a1和NFIA/B通过塑造全局染色质景观，决定空间转录因子(STFs)的结合位点可用性，从而协调细胞命运决定。这种chronotopic调控逻辑可能反映了脊椎动物神经管持续生长和动态模式化的需求。

该发现对干细胞研究和再生医学具有重要启示：在定向分化过程中，仅控制空间身份因子可能不足，必须同时调控时序程序才能高效产生特定细胞类型。此外，研究建立的CRISPR筛选和单细胞多组学方法为研究其他发育系统中的时空整合机制提供了范例。

值得注意的是，虽然该研究主要使用体外系统，但通过与原位数据的比对验证了其生理相关性。未来研究可进一步探索：(1)不同脑区特异性时序元件的贡献；(2)染色质重塑复合物的精确作用机制；(3)这一原理在人类神经发育中的保守性。这些问题的解答将深化我们对神经系统发育和疾病机制的理解。