空间单细胞分析解码皮质层和区域规范

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 发育生物学 发展生物学
• 基因组学就是基因组学.

背景情况:

• 人类大脑皮质对于认知至关重要,有六层和专门区域,由分子和结构组织定义.
• 现有的单细胞转录组学失去了空间上下文,限制了对人类皮质发育的理解.
• 空间关系对于皮质层和区域的分子规范至关重要.

研究的目的:

• 检查人类胎儿皮质的分子,细胞和细胞架构的发展,以空间分辨的单细胞分辨率.
• 在多个区域和时间点创建一个广泛的人类皮质发育的空间地图.
• 调查皮层区域化和层形成背后的分子机制.

主要方法:

• 利用多重错误强大的光在现场杂交 (MERFISH) 进行空间转录学.
• 采用基于深度学习的细胞细分来进行增强分析.
• 集成的MERFISH与单核RNA测序和在位整体转录组学.

主要成果:

• 在八个皮质区域和四个妊娠时间点 (第二和第三个三个月) 建立了1600万个单细胞的空间地图.
• 观察到六层结构在怀孕中期早期建立,这是在细胞架构层出现之前.
• 在妊娠20周发现了初级 (V1) 和二级 (V2) 视觉皮层之间的利分子边界,其特点是神经元亚型规范的突然二进制转移,挑战了连续梯度模型.
• 在V1特定的4层神经元中确定了突触发生的早期上调,这表明它在离散边界形成中的作用.

结论:

• 空间关系对于皮质层和区域的分子规范至关重要.
• 这些发现挑战了连续形态基因梯度仅仅决定妊娠中期皮质区域化的观念.
• 这项工作提供了有价值的资源,并为未来的人类大脑发育地图建立了一个空间单细胞分析范式.