单细胞基因组测序确定了在帕金森病中退化的人类多巴胺神经元亚群

发布时间：2022-05-11 09:27:07作者：辉骏生物-fitgene

最近研究人员开发了一种新的协议，使用单细胞基因组测序检查从帕金森病 (PD) 患者中提取的多巴胺 (DA) 神经元。该项研究已成功发表在《Nature Neuroscience》杂志上。

背景

研究尚未完全阐明黑质致密部 (SNpc) 内退化的 DA 神经元的分子特征，这是 PD 和路易体痴呆 (LBD) 的病理标志。此外，研究人员几乎没有评估导致 PD 中 DA 丢失的分子事件级联，了解这些事件对于改进实验室 PD 模型和帮助开发疾病特异性疗法至关重要。

单细胞核糖核酸测序 (scRNA-seq) 技术能够以单细胞分辨率对人类 SNpc 进行分析和可视化。然而，采样的 DA 神经元的样本量仍然相对较小，这使得识别细胞类型特异性变化具有挑战性。

关于研究

在本研究中，研究人员开发了一种新的基于荧光激活核分选 (FANS) 的协议，用于从死后的人类 SNpc 中选择性富集 DA 神经元核，用于单核 RNA 测序 (snRNA-seq)。使用这项先进技术，他们确定了十个转录不同的 DA 神经元群。

接下来，研究人员使用另一种高分辨率空间转录组学技术 slide-seq 沿 SNpc 背腹轴对十个不同的 DA 神经元群进行空间定位。此外，他们分别对每个供体物种进行了聚类分析，以将配置文件分配给七个主要细胞类别之一，包括 DA 神经元。他们使用了来自大鼠、小鼠和猕猴的快速冷冻脑组织样本，包括食蟹猴、Tupaia belangeri、Rattus norvegicus 和 Mus musculus。

研究人员将人类中脑和尾状核显微解剖成 5 个和 10 个 60 µm 切片。然后，对冷冻保存在-15至-20°C的切片进行免疫标记。为了检索 2.5-4.0% 的高荧光多巴胺能核受体亚家族 4 A 组成员 2 (NR4A2) 细胞核，该团队使用基于 FANS 的协议使用流式分选机。同样，他们对 NR4A2 阴性或 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) 染色的细胞核进行了 snRNA-seq。

研究结果

本研究对人类 SNpc DA 神经元产生了显着的分子分类。研究人员生成了 184,673 个一流的配置文件，每个供体的平均唯一分子标识符 (UMI) 为 8810 个，每个个体的基因中位数为 3,590 个。每个细胞的 UMI 中位数为 8,086，每个细胞的基因中位数为 3,462，其中 43.6% 来自通过流式细胞术观察到的 NR4A2 阳性细胞。

作者观察到 NR4A2 分选的核谱中 70 倍的 DA 神经元富集，共同表达酪氨酸羟化酶 (TH)、溶质载体家族 6 成员 3 (SLC6A3) 和溶质载体家族 18 成员 2 (SLC18A2) 基因。值得注意的是，由这些基因簇编码的转录因子 (TF) 对于 DA 神经传递至关重要。

此外，作者观察到 DA 亚群 SRY-box 转录因子 6 (SOX6)-血管紧张素 II I 型受体 (AGTR1) 在与 PD 相关的基因中高度富集。先前的全基因组关联 (GWA) 研究也进行了类似的观察，表明 PD 相关的遗传风险优先影响最脆弱神经元的存活。检查迟发性常染色体显性遗传 (AD) 遗传风险的研究也得出了类似的观察结果。

SOX_AGTR1 细胞内的转录变化涉及由肿瘤蛋白 p53 (TP53) 和核受体亚家族 2 组 F 成员 2 (NR2F2) 基因编码的 TF 调节的几种细胞应激途径。这些途径，例如，由 NR2F2 编码的 TF，促进 PD 中的线粒体功能障碍。因此，这些似乎对 PD 相关的神经元死亡至关重要。

有趣的是，snRNA-seq 数据表明，只有一组 DA 亚群（共 10 个），calbindin 1 (CALB1)_GEM，是猕猴和人类独有的，而在小鼠和大鼠中则不存在。他们在 SNpc 的背层中发现了 CALB1_GEM 细胞，该细胞在灵长类动物而非啮齿动物中扩增得更多。因此，使用非人类灵长类动物 (NHP) 模型的研究应该验证独特的 CALB1_GEM 群体是否负责建立从灵长类动物背层神经元直接到皮层的非典型投射。