Молекулярные ландшафты незрелых нейронов гиппокампа человека на протяжении всей жизни
NASA/ADS
Молекулярные ландшафты незрелых нейронов гиппокампа человека на протяжении всей жизни
- Чжоу, Йи ;
- Су, Ицзин ;
- Ли, Шиин ;
- Кеннеди, Бенджамин С. ;
- Чжан, Дэниел Ю. ;
- Бонд, Эллисон М. ;
- Вс, Юша ;
- Джейкоб, Фади ;
- Лу, Лу ;
- Виане, Анджела Н.
; - Хельбиг, Инго ;
- Кесслер, Судха К. ;
- Лукас, Тимоти ;
- Салинас, Райан Д. ;
- Гу, Сяосун ;
- Чен, Х. Исаак ;
- Ву, Хао ;
- Клейнман, Джоэл Э. ;
- Хайд, Томас М. ;
- Науэн, Дэвид В. ;
- Вайнбергер, Дэниел Р. ;
- Мин, Го-ли ;
- Песня, Хунцзюнь
Аннотация
Незрелые зубчатые гранулярные клетки (imGCs), возникающие в результате нейрогенеза взрослого гиппокампа, способствуют пластичности и уникальным функциям мозга у грызунов 1,2 и дисрегуляции при множественных неврологических расстройствах человека 3-5 . Мало что известно о молекулярных характеристиках imGCs гиппокампа взрослого человека, и даже их существование обсуждается 
Мы определили общие молекулярные признаки imGCs человека на протяжении всей жизни и наблюдали зависящую от возраста динамику транскрипции в imGCs человека, которая предполагает изменения в клеточной функциональности, нишевых взаимодействиях и значимости заболевания, которые отличаются от таковых у мышей 9 . Мы также обнаружили снижение количества imGCs с измененной экспрессией генов при болезни Альцгеймера. Наконец, мы продемонстрировали способность к нейрогенезу в гиппокампе взрослого человека с присутствием редких зубчатых гранулярных клеток, специфичных для судьбы пролиферирующих нейральных предшественников, и с культивируемыми хирургическими образцами. В совокупности наши результаты предполагают наличие значительного количества imGCs в гиппокампе взрослого человека посредством низкочастотной генерации de novo и длительного созревания, а наше исследование раскрывает их молекулярные свойства на протяжении всей жизни и при болезни Альцгеймера.
- Публикация:
Природа
- Дата публикации:
- июль 2022
- DOI:
- 10. 1038/с41586-022-04912-в
- Биб-код:
- 2022Натур.607..527Z
1038/с41586-022-04912-в《》 ： 华人 科学家 重磅 成果 ， 给 成人 神经 提供 了 铁证！ — 医疗 健康 专区 — 生物 谷
关于 神经 元 能否 再生 再生 一直 是 神经 领域 十分 关注。。。 能否 再生 ， 一直 神经 科学 十分 关注。。。 能否 能否 再生 ， 一直
传统 观点 认为 大脑 中 的 神经 元 在 成年 难以 再生 ， 但 有 有 研究 表明 大脑 的 区域 区域 如 海马 ， 即使 成年 后 ， 仍然 一定 的 产生 神经元 的。。 后 后 仍然 具有 的 产生 神经元 功能.
目前 理论 认为 ， ， 成年 后 海马 的 神经 发生 过程 中 ， 神经 干细胞 首先 产生 神经 前体 和 神经 母 ， 神经 干细胞 首先 首先 中间 神经 前体 细胞 神经 母 ， 然后 分裂 为 未 成熟 齿状 回 颗粒 细胞 （（接受 大脑 信息 信息 信息 皮层 皮层 皮层输入的神经元），并逐渐变为新的成熟神经元[2]。
然而 海马 未 未 成熟 神 经元 的 有限 ， 且 研究 方法 较为 复杂 ， 科学家们 对 其知之甚少。
近期 ， 宾 夕法尼亚 大学 医学院 的 宋洪军 和 明 和 宋洪军 宋洪军 宋洪军 宋洪军 的国莉 的 研究 ， 通过 单 核 РНК 测序 (snrna-seq） 和 机器 学习 的 方法 ， 对 人 一生 不同 阶段 的 海马 学习 的 方法 ， 对 人 中 不同 阶段 海马 海马 进行 分析 ， 构建 首 个 人 全 生命 生命 的 ， 构建 构建 构建 构建 研究 ， 构建 ， ，于 《自然》 杂志 [3]。
他们 ， 在 人 的 整个 生命 周期 中 海马 中 均 存在 存在 ， 的 整个 周期 中 ， 海马 中 均 存在 存在 ， 整个 生命 周期 中 海马 中 均 存在 存在 ， ， 婴儿期 生命 中 ， 海马 中 均 存在 存在 ， 婴儿期 婴儿期 占到 细胞 总数量 的 9,4%， 4 岁 为 为 3,1% ~ 7,5%， 并 年龄 的 增长 这 一 比例 逐渐 下降。 与 颗粒 细胞 细胞 （（一 比例 逐渐 下降 与 颗粒 细胞 细胞 （（（相比 相比 ， ， 的 表达 特征 与 神经 及 可塑性 相关。 同时 ， 手术 的 人 在 体外 相关 相关。 培养 培养 培养后 能够 获得 的 的 Imgcs ， 这些 结果 都 支持 成年 具有 神经 再生 的 功能。。
此外 研究 人员 还 到 ， 在 在 （（） 患者 中 ， ， ， 基因 基因 阿尔茨海默病 阿尔茨海默病 阿尔茨海默病 表达 表达 表达 表达 表达 表达改变，表明了imGCs在AD中具有一定的研究价值。
论文 首 页 截图
研究 人员 首先 对 4 个 婴儿 （一 时期 时期 丰度 较 高 高 首先 首先 首先 对 对 个 婴儿 （一 时期 时期 丰度 较 高Dcx 、 颗粒 标记 标记 prox1 和 calb1 (calb1 在 某些 某些 表达 表达 但 在 在 在 在 中 表达 更 高） 对 进行 分类。。 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 中 表达 更 高） 对 进行 分类。。 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 表达 更 高） 对 细胞 分类。。
他们 发现 的 非监督 无法 在 在 在 在 在 在 识别 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 在 识别 在 在 在.
通过统的非监督聚类方法无法识别imGCs
为了识别 Imgcs ， 人员 尝试 使用 一 种 有 监督 机器 学习 方法 来 对 进行 分类 分类 分类 [5]。 方法 通过 对 细胞 的 分子 进行 进行 提取 ， 进而 对 个 待 分类 细胞 与 相似性 分析 进而 对 每 待 细胞 与 相似性 分析从而进行细胞分类。
进行 了 验证 该 方法 的 准确性 ， ， 人员 首先 将 应用 于 不同 不同 小鼠海马 的 单细胞 测序 （（首先 数据 集 （准确 区分 母 细胞 、 、 、 、 、 、 和）） 紧接着 区分 区分 细胞 细胞 、 、 、 细胞 神经， 研究 将 小 鼠海马 数据 集中 颗粒 细胞 集群 中 的 dcx+prox1+calb1-imgcs 细胞 原型 ， 同时 还 有 主要 非 神经 细胞 类型 的 原型 （胶质 细胞 少 突 细胞 前 的 的 原型 星形 少 细胞 前 前 前 的 前体 细胞 和 小 胶质 细胞）） 对 模型 进行 训练。。
模型 训练 完成 后 ， 将 用 于 不同 年龄 阶段 数据集 每 每 细胞 进行 分类 ， 并 模型 分类 集群 注释 个 细胞 进行 ， 并 模型 与 注释 注释相 比较 发现 模型 识别 的 未 成熟 神经 元 主要 为 为 为 和 神经 细胞 ， 且 且 Imgcs 占到 绝大多数 重要 的 是 该 模型 区分 区分 区分 区分 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的地区 分 未 神经元 和 成熟 神经元。。
紧接着 研究 人员 将 该 模型 应用 于 婴儿 海马 数据集 ， 婴儿 婴儿 婴儿 将 该 模型 应用 婴儿 海马 数据集 ， 以 婴儿 婴儿 （该 模型 应用 于 海马 数据集 ， 以 婴儿 婴儿 婴儿 （该 模型 于 婴儿 海马 数据集 以 婴儿 婴儿 婴儿 （（（星形 星形 星形 （（（（（细胞 细胞 元 细胞 元胶质 细胞 少 突 胶 质 细胞 前体 细胞 、 成熟 少 突胶 细胞 和 小 胶质 细胞） 为 原型 进行 分类 ， 识别 出样本 的 Imgcs。
使用机器学习的方法识别人婴儿时期海马中imGCs
与mGCs相比，imGCs的基因表达特征与神经系统发育、神经发生和突触发生相关。
此外， 研究 人员 发现 ， 在 婴儿 齿状 回 标本 中 ， ， 93,8%的 dcx+prox1+calb1-imgcs 表达 stmn1 （解聚 蛋白 蛋白） ， 而 91,4%的Stmn1+Prox1+细胞Calb1阳性（更大概率为mGCs），这提示了STMN1是imGCs潜在的生物标记。
STMN1是imGCs潜在的生物标记
完善了方法学后，研究人员 将 模型 应用 于 不同 生命 阶段 （（前 、 儿童 期 、 青春期 成年期 和 老年 期） 和 区域 人脑样 本。
研究 显示 ， 在 前 ， 人 前额 叶 叶 叶 叶 皮质 叶 前额都 含有 的 未 成熟 神经元 ， 其中 大部分 为 为 为。 在 出生 ， 在 所有 年龄段 的 每 个 海马区 中 ， 也 都 发现 与 人类 人类 人类 原型 细胞 相似 的。 每 颗粒 颗粒 人类 颗粒 颗粒 颗粒 颗粒 颗粒 每细胞中imGCs的平均百分比为：产前51.