《Cell | 大规模并行体内 Perturb-seq 技术揭示大脑皮层发育过程中细胞类型特异性转录网络》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-05-26
  • 2024年5月20日,美国斯克里普斯研究所金鑫团队在 Cell 期刊发表了题为Massively parallel in vivo Perturb-seq reveals cell type- specific transcriptional networks in cortical development 的研究论文, 阐述了如何在体内模型中进行高通量的细胞特异性基因功能研究。

    数十年的人类遗传学研究令我们掌握了许多与各种人类疾病密切相关的风险基因。然而,我们对这些基因的研究还存在许多局限。比如,一个基因在同一种器官中可能会影响一种或多种细胞类型,且在不同的细胞类型中产生不同的作用。因此,为了进一步了解疾病的发生机制并开发出相应的疗法,揭示这些基因如何影响不同的细胞类型至关重要。然而,如何大规模的对多个风险基因在多种类型细胞中的作用进行高效准确的研究还并不清楚。

    In vivo Perturb-seq结合CRISPR-Cas9基因编辑和单细胞转录组测序,可以同时读取每个细胞的转录组和遗传扰动信息(gRNA序列),并通过对比不同遗传扰动后的转录组变化来研究基因在不同细胞中的功能。该研究利用AAV和转座子系统实现了快速高效的标记和基因编辑,大幅提高了体内高通量CRISPR筛选的效率和能力,为同时研究多个基因在不同细胞类型中的功能提供了灵活的工具,从而更好的理解不同基因在各种生理过程和疾病中的作用机制。

  • 原文来源:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00476-8
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  • 《单细胞转录组数据揭示脑皮层细胞类型在鲸类与人类之间高度保守》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2023-03-18
    • 从距今约5550万年前的陆地到如今海洋生境的转变对于鲸类而言无疑重塑了大脑,鲸类大脑集早期哺乳动物的保守特征与独有衍生特征于一身。鲸脑内各个细胞类型高效协同工作以维持其独特的认知、运动、听觉及视觉感知等过程。细胞水平的转录组学可以系统地表征脑内细胞的多样性,实现神经科学研究范式由重视细胞解剖向细胞类型分子分类进行过渡。近日,中国科学院深海科学与工程研究所联合青岛华大基因研究院等科研团队,在Molecular Ecology Resources上发表了以A genome and single-nucleus cerebral cortex transcriptome atlas of the short-finned pilot whale Globicephala macrorhynchus为题的研究论文。 该研究获得短肢领航鲸首个公开可用的染色体水平基因组资源,为加深对短肢领航鲸演化和比较基因组学的认知奠定了基础,并为成功获得鲸类脑皮层单核转录组数据提供了可能。该研究进而利用单核转录组测序技术(single-nuclei RNA sequencing,snRNA-Seq)分析了短肢领航鲸脑皮层五个功能区,揭示了短肢领航鲸脑皮层的细胞多样性。该研究定义了鲸类六种主要皮层细胞类型,分别为兴奋性神经元、抑制性神经元、少突胶质细胞、少突胶质前体细胞、星形胶质细胞、内皮细胞,并进一步将神经元划分为8个兴奋性神经元亚群及4个抑制性神经元亚群。这些数据揭示了高分辨率的细胞类型,与之前对短肢领航鲸神经解剖学的发现相呼应,从而为了解鲸脑分子和细胞网络的形成提供了基础数据。鲸类与灵长类动物大约在9000-9500万年前从共同祖先分开,鉴于大脑结构和功能存在明显的相似性与差异性,将鲸类与灵长类动物并列加以比较具有重要意义。因而在上述工作基础上,该研究将短肢领航鲸与灵长类物种人、猕猴(Rhesus macaque, Macaca mulatta)的单核转录组测序数据进行整合,发现三个物种脑皮层细胞类型具有高度的相似性与保守性。 收集保存新鲜鲸类大脑这类罕见大型标本非常来之不易,导致鲸类大脑的转录组分析研究极具挑战。本研究成功构建出一个较为完整的短肢领航鲸脑皮层单核转录组图谱实属不易,对于进一步深刻理解鲸类大脑演化及其分子机制提供了科学基础。
  • 《Cell | 中胚层与内胚层的协同发育使肺类器官和肠道类器官实现类器官特异性血管化》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:朱晓琳
    • 发布时间:2025-07-14
    • 发表机构:中国科学院动物研究所 作    者:苗一非(第一作者)     人体血管系统在不同器官中特化明显,转录组水平上不同器官内皮细胞有其独特基因特征。器官微环境对血管内皮细胞和间充质发育很关键,但人类发育中器官血管化的时空动态变化知之甚少,需含相关细胞谱系和精准构型血管系统的体外平台。类器官作为3D结构,能模拟器官细胞组成和功能,适合研究器官特异性血管发育。现有类器官组装方法多为分化后融合多种细胞,但内皮细胞缺乏器官特异性和明确结构,限制类器官形态与功能成熟,无法体现体内血管细胞发育情况。早期发育中,形态发生信号引导的胚层间协调作用对器官特异性内皮和间充质细胞特化分化至关重要,重现这些作用对建立类器官生理相关血管化很重要。但非中胚层谱系类器官的血管化具挑战性,因诱导多能干细胞分化为中胚层与非中胚层需不同甚至对立信号通路,内胚层类器官血管化研究未获实质突破。特别是,肠道类器官和肺类器官中缺乏健全的血管化,极大地限制了它们在疾病建模和治疗应用方面的生理相关性。     在该研究中,研究团队利用发育原理建立了一个体外血管化类器官平台,该平台真实地再现了中胚层和内胚层谱系的协同发育,该方法可实现内胚层衍生物与器官型内皮/间充质细胞群的高效分化与谱系特化。传统构建方法通常需要添加十余种因子,而在该方法中,培育肺类器官仅需1种抑制剂——Noggin,培育肠道类器官仅需3种激活剂——CHIR99021、FGF4和VEGFA。3D培养球内细胞会自发分泌血管生长必需的信号分子,从而自然形成血管网络。由此产生的血管化肺类器官和肠道类器官具有器官特异性内皮和间充质,表现出细胞类型多样性增强、三维结构、细胞存活率和成熟度提高的特点,并展现出真实生理功能——肺血管形成紧密屏障(模拟气体交换),肠道血管则呈现高渗透性(利于营养吸收),移植到小鼠体内后,类器官血管与宿主循环系统结合,同时保持了器官特异性,进一步促进了类器官成熟,成功实现了血液灌注,这标志着类器官血管首次具备了体内循环能力。     这种多谱系类器官系统可用于研究不同疾病背景下异常的细胞间相互作用。肺泡毛细血管发育不良伴肺静脉错位(ACDMPV)是一种先天性肺部疾病,由中胚层FOXF1基因突变引起。然而,传统的肺上皮类器官缺乏表达FOXF1的间充质细胞和内皮细胞,这限制了这些模型模拟这种肺部疾病的能力。研究团队通过将携带FOXF1基因突变的患者来源的iPSC分化为血管化的肺类器官,能够重现该疾病中由内皮-上皮相互作用中断所导致的原发性内皮缺陷以及继发性上皮异常。同步构建的肠类器官更重现患者伴发的肠旋转不良,首次实现同一平台模拟多器官互作疾病,这为传统模型无法破解的复杂病症带来曙光。 发表日期:2025-6-30