NatureNeuroscience斯坦福大学医学院Gitler团队利用单核转录组测序技术提供了脊髓运动系统的单细胞分辨率图谱尽管庞大的、相互连接的神经元网络主要负责处理信息和规划运动行为，但从中枢神经系统到外周肌肉的信号传输是由一种特殊而罕见的细胞群控制的：脊髓运动神经元。脊髓运动神经元的活动对身体几乎所有的骨骼和平滑肌的收缩都是必不可少的，并控制着从调节血压和汗液分泌到肌肉纤维快速收缩的各种动作。考虑到它们的生理重要性，脊髓运动神经元功能障碍是人类神经肌肉疾病的基础也就不足为奇了。事实上，脊髓运动神经元变性是导致肌萎缩侧索硬化症、脊髓肌萎缩和其他罕见的神经肌肉疾病的原因。尽管具有重要的功能作用，但脊髓运动神经元只占哺乳动物脊髓细胞总数的不到0.4%，这种罕见性使得它们难以进行转录特征鉴定。斯坦福大学医学院Gitler团队利用荧光激活核分选从成年小鼠脊髓中富集了43,个细胞核，然后进行单细胞核转录组测序。结果鉴定了16个交感神经运动神经元群，其可以通过神经调节信号基因的空间定位和表达来区分。研究在成年脊髓中发现了令人惊讶的骨骼运动神经元异质性，包括与电生理学和空间不同运动神经元池（motorpools）相关的转录差异。同时也为骨骼运动神经元的一个新的转录亚群提供了证据。科研人员首先基于转基因荧光报告小鼠模型分选运动神经元（Chat+）细胞核，共计分析了43,个细胞核的转录组特征，其中20-40%细胞核来源于运动神经元，60-80%来源于脊髓其它细胞类型（图1）。
图1成年小鼠脊髓的运动神经元富集和单核转录组测序
为了确定脊髓运动神经元的转录多样性是否与发育过程中功能明确的细胞类型相对应，作者将所有胆碱能神经元分成21个clusters，根据已知标记基因将这些亚群注释成骨骼运动神经元、胆碱能中间神经元和内脏运动神经元（图2）。
图2单核转录组测序分析揭示骨骼和内脏运动神经元标记物
与控制自主运动的骨骼运动神经元不同，脊髓中的内脏运动神经元控制非自主平滑肌的活动，负责调节全身的稳态过程。研究人员假设转录组clusters可能反映了不同的内脏运动神经元细胞群，对所有的内脏运动神经元进行亚群聚类，发现16个转录组不同的亚群（图3），并证实了多个神经肽和激素受体在内脏运动神经元中特异性表达。胆碱能中间神经元是一种罕见的以Pax2表达为标志的细胞群，它们在运动行为的神经回路中起着关键作用。亚群聚类发现了8个不同的胆碱能中间神经元细胞群（图3），展示了分区细胞（partitioncells）详细的分子特征，并鉴定了胆碱能中间神经元细胞群新的标记基因。
图3单核转录组揭示了自主神经系统和分区细胞内的多样性
传统上，骨骼运动神经元的定义是基于其肌肉神经支配目标，发育谱系，形态和电生理特性。它们被分为α、β和γ型脊髓运动神经元（图4）。α运动神经元直接支配梭外肌纤维神经肌肉连接。相反，γ运动神经元支配梭内肌。为了鉴定可能的α和γ运动神经元，作者对细胞亚群的几个标记基因进行验证，将不同的cluster分别对应到α和γ细胞群，并且发现了新的可能的标记基因（Npas1和Vipr2等，图4）。对γ运动神经元转录组特征进行分析发现了两种不同的运动神经元类型。而对α运动神经元的转录组分析显示出不同的运动神经元池（motorpools），它们在脊髓中相互聚集，共同支配不同肌肉的外侧纤维，并且具有不同的转录组特征。
图4α和γ运动神经元转录组差异
综合以上发现，这项研究鉴定了运动神经元群体的新的标记基因，开启了对成人脊髓中这些重要细胞前所未有的遗传解析。定义不同运动神经元类型的转录组为更精细的干细胞模型提供了可能性，并提供了一个单细胞框架以表征其在健康和疾病中的行为。
END
相关链接：
仅两个样本scRNA-seq也能发MolecularCancer？；10xGenomics单核转录组测序最新2篇文章分享；单核转录组测序：一定程度上解决单细胞样本处理难度；
关于天昊
天昊生物具有多年基因组、转录组和表观组检测与分析经验，现推出的10x单细胞转录组测序可为您提供专业便捷的科研服务及个性化的单细胞信息挖掘，期待成为您单细胞测序分析的优质服务提供商！
咨询沟通请联系（
