利用单细胞RNA测序鉴定嗅觉神经元类型

人类的神经系统就像是复杂的电路板。当电线产生交叉或电路产生故障时，精神分裂症或躁郁症等疾病就可以够产生。

长时间以来，科学家们1直在努力鉴定大脑回路的构成方式，以便他们能够了解让存在问题的神经元重新连接起来。

如今，在1项新的研究中，美国斯坦福大学的生物学教授LiqunLuo、生物工程与利用物理系教授StephenQuake及其团队通过逐一细胞地构建出果蝇嗅觉神经元的详细基因蓝图，从而在这个方向上迈出了重要的1步。相干研究结果发表在2017年11月16日的Cell期刊上，论文标题为“ClassifyingDrosophilaOlfactoryProjectionNeuronSubtypesbySingle-CellRNASequencing”。

这项研究的基础想法是理解相对简单的果蝇大脑中的神经元类型，和鉴定指点果蝇大脑中不同类型的神经元准确地构成连接的份子。随着时间的推移，人们想要采取类似的方法研究人大脑中复杂很多的细胞组成，乃至可能有朝1日修复大脑疾病中的毛病连接。

单细胞RNA测序

细胞有DNA和RNA。DNA是代表着全部有机体基因蓝图的遗传密码。作为1种模式生物，果蝇具有大约15000个基因，而且含有大约75%的已知的人类疾病基因。固然，并不是所有的基因都是1直在表达的。每一个细胞表达1组特定的基因，因此产生1组特定的蛋白。信使RNA份子携带着这类遗传密码来表达任何1种特定的细胞在任何1个时间点上可能需要的任何蛋白。

这些研究人员侧重研究果蝇大脑嗅觉系统中的细胞。之前的实验研究已证实果蝇的嗅觉系统是1种简单的回路，这就使得它成为1种开发新的遗传技术来探测大脑回路如何相连接的理想测试平台。果蝇大脑的嗅觉中心有50种类型的中枢神经神经元，它们长出将这50种类型的感觉神经元连接在1起的丝状细丝。每对连接在1起的神经元允许果蝇闻出1组气味，当组合在1起时，果蝇能够检测出厨房中无数的水果气味。

为了视察这些细胞表达的全部基因，这些研究人员采取1种由Quake首创的方法，从而能够让人们对细胞中的所有mRNA进行测序。Quake及其合作者开发出的这类单细胞测序技术已得到了广泛的利用，而且也是国际上开发人细胞类型和小鼠细胞类型的综合图谱的基础。但是作为论文第1作者的博士后研究员HongjieLi和博士生FelixHorns对这类技术进行调剂使得它适用于果蝇，这是由于果蝇具有较小的细胞，而且每一个细胞具有更少的mRNA。

通过将Quake开发的单细胞RNA测序与Luo对果蝇嗅觉回路的详细了解相结合，这些研究人员能够构建出如何将特定的基因/蛋白活性与有机体神经系统中的最少1个组分的生物连接相干联在1起的首个基因蓝图。

肯定细胞类型

终究，这些研究人员想要为人神经系统构建基因蓝图，但是他们的第1步必须是鉴定出人大脑中的细胞组分。这是特别具有挑战性的，这是由于虽然能够通过功能、生理学性质、解剖学特点和基因表达来肯定细胞的类型，但是人们很难将这些性质进行统1。两个细胞可能具有相同的功能，但是具有不同的生理学性质。Luo说，“人们1直希望单细胞RNA测序会有助于解决这个问题，但是迄今为止，这其实不是件简单的事情。”

鉴于在过去的210年里，Luo和他的实验室已很好地了解果蝇嗅觉系统的功能、生理学性质和解剖学特点，首先研究这类有机体是有帮助的。虽然人们仍在争辩人大脑是不是具有1000或10000种细胞类型，但是Luo说，我们已知果蝇嗅觉系统中的细胞类型数量。这就使得这类简单的有机体成为将基因表达与细胞类型困难中的其他部份相干联在1起和开发1种终究研究人类大脑的进程的理想测试平台。

新的见解

虽然这些研究人员离这个目标还有很长的距离，但是他们的发现已对果蝇的心理产生了1些有趣的见解。例如，他们发现在发育期间，当嗅觉神经元选择连接搭档时，不同神经元类型之间的基因表达是不同的。但是随着果蝇发育成熟，不同神经元类型的基因表达模式变得难以辨别。Horns说，“1旦大脑建立连接，果蝇就不需要表达这些有助它们选择连接搭档的基因。因此，成年果蝇具有较低的基因表达多样性。”

终究的目标就是开发新的强大工具来理解在人大脑中建立连接的基因蓝图。Li说，“通过进1步开发这类方法，我们希望有朝1日进行逆向设计，可能乃至修复人大脑中的有缺点的回路。”

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