详细的阿特拉斯的老鼠的大脑是一个新的发展

研究人员在哈佛大学和麻省理工和哈佛大学创造了第一个详细的阿特拉斯的临界区发展中老鼠的大脑,将多种先进的基因技术应用于大脑皮层的一部分,负责处理从身体感觉。通过测量基因活性和监管如何改变随着时间的推移,现在研究人员更好地理解如何构建大脑皮层,以及一套全新的工具来探索中是如何影响大脑皮层神经发育疾病。这项研究发表在《华尔街日报》自然。

“我们有一个长期的兴趣了解哺乳动物的大脑皮层的发展,因为它的座位高阶认知和大脑的一部分已经扩大和多样化的最在人类进化过程中,“Paola Arlotta说,这项研究的文章的第二作者,Golub家族在哈佛大学干细胞与再生生物学教授。“在这项研究中,我们观察大脑皮层有非常好的镜头,实际上分析所有的细胞,一个接一个,每天的发展。我们记录变化在基因表达和调控空前的时间分辨率先建立一个single-cell-resolution分子地图这个神奇的组织。地图允许我们先提取机械原则如何构建大脑皮层,并开始解码基因异常如何影响这些胚胎十分控制的过程。”

“在大脑发育的过程中,我们必须考虑三个方面:存在的类型的细胞,这些细胞在哪里,在什么阶段,他们在发展。此外,这一过程通过识别驱动程序直接在正常发展,我们可以更好地了解在疾病可能出错,“文章的第二作者特拉维夫雷格夫说,他是一个核心研究所成员广泛研究所研究开始时,目前基因泰克公司研究主管和早期发展。

研究人员集中在躯体感觉皮质,这可以作为一个模型对于其他地区的大脑皮层因为它包含细胞代表所有主要的类。每天的皮质的发展,研究人员分析了大脑在单细胞水平使用多种技术。他们用RNA-seq测量基因表达,以及空间测量基因表达的转录组的组织。他们还利用ATAC-seq测量基因组被访问的哪个部分监管。

“这些技术允许我们看不同模式的基因表达和基因是如何互相调节。通过结合这三种方式,我们有一个更强烈的指导神经发展的重要基因,例如“丹妮拉迪贝拉说,Arlotta实验室的一个博士后,co-first研究》一书的作者。

例如,它已经被清楚当大脑皮层的不同神经元建立人口的多样性。“我们发现,不同口味的神经元是决定在神经元的成熟过程中,干细胞而不是预先设定的,”Di贝拉说。

研究人员也使用他们的数据来预测基因突变的潜在机制导致脑皮质发育缺陷,找到特定的发展步骤失败和细胞均受到影响。

“我们已经创造了一个独特的综合发展中躯体感觉皮质的分子图谱,我们继续对数据进行挖掘以获得更多的见解,“co-first作者伊桑·哈比比说。“我们的目标是为我们的数据作为一个更广泛的神经科学社区的资源并告知如何看大脑发育,在正常和疾病过程。”

“这些相结合,广泛的测量结果为我们提供了第一个动态视图的交响乐的分子事件,展开这一关键地区的大脑是建于胚胎,“Arlotta说,他也是一个研究所成员斯坦利Broad研究所精神病学研究中心。“研究人员一直在研究的过程中大脑皮层长达一个世纪的发展,但是机械的事件管理细胞是如何制造的,以及他们如何相互作用最终形成功能电路仍然难以捉摸。作为一个领域,我们一直看着这个复杂的发展中组织一个细胞类型和调查少量基因的角色在整理这个神奇的迷。但是大脑不开发一个细胞类型时,它确实是一个交响乐团,数以百计的细胞类型一起进行开发,使用不断变化的基因lanscapes成人组织形式。现在想象第一次完整的“食谱”的基因任何给定的细胞类使用作为其发展的展开。想象也获得的详细知识编码的基因,打开或关闭不同谱系的细胞相互分离,得到建立。这种类型的总体机械的知识提供了一个机会来研究大脑皮层发展以一种全新的方式,观察所有细胞和基因。我们从来没有这个完整的信息之前,我必须承认,我盯着敬畏的数据,思考的类型发现它使。”

“十年前,这项研究是不可能的,因为技术不存在或没有足够成熟,“雷格夫说。“但随着单细胞和空间转录组的进步,和新机器学习算法对于大型数据分析,我们能够映射细胞培养,一起把这些地图,看发展展开像个电影。我们不仅可以重现电影,但也可以链接,图片更大的大脑发育生物学的理解。我们希望有一天这种方法可以帮助我们更好地理解和治疗疾病的大脑。”

Arlotta补充道:“这是一个非常有趣的电影,我期待拍摄我的科学生涯的大部分时间。”

参考:

Di贝拉DJ,哈比比E, Stickels RR,等。分子逻辑细胞在老鼠大脑皮层多样化。自然。6月23日在线发表2021:1-6。doi:10.1038 / s41586 - 021 - 03670 - 5

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