來自哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)系的Steven A. McCarroll課題組和Fenna M. Kriene課題組在Nature雜志上合作發(fā)表章。
作者檢測了來自靈長類動物，嚙齒動物和鼬鼠的同源大腦區(qū)域共188776個中間神經(jīng)元的RNA表達情況的關(guān)鍵差異，這些差異都集中在一種稱為中間神經(jīng)元（interneuron）的神經(jīng)元上。而且，他們只在靈長類動物中發(fā)現(xiàn)了一種新的中間神經(jīng)元類型，這種類型的中間神經(jīng)元位于大腦中與亨廷頓病和潛在的精神分裂癥有關(guān)的紋狀體中。（紋狀體是負責(zé)認知、獎賞和協(xié)調(diào)運動的大腦結(jié)構(gòu)）
首先，利用單核RNA-seq檢測來自人類、獼猴、狨猴、小鼠和雪貂五個物種的新皮層，海馬體和紋狀體結(jié)構(gòu)分離出的腦細胞核中的RNA表達情況。為了評估物種之間區(qū)分中間神經(jīng)元類型的基因表達變異模式的程度，作者比較了每個物種內(nèi)四種主要中間神經(jīng)元類型（PVALB+，SST+，LAMP5+和VIP+）的全基因組RNA表達模式。
基因表達的空間模式，包括宏觀梯度以及初級和高級新皮層區(qū)域之間的差異，在發(fā)育過程中參與新皮層區(qū)域的布局并持續(xù)到成年。為評估中間神經(jīng)元是否在其最終遷移至的新皮層位置存在局部特化，作者研究在PFC和V1之間差異表達的基因在其他區(qū)域的表達方式，并揭示rDEGs表達與采樣區(qū)域的前后位置密切相關(guān)，且通過單分子熒光原位雜交（single-molecule fluorescence in situ hybridization, smFISH）分析再次驗證整個狨猴新皮層中PVALB+中間神經(jīng)元中ASS1和CRYM基因也存在空間分級表達。
研究結(jié)果可能幫助科學(xué)家們選擇最好地模擬與這些疾病有關(guān)的人類大腦特征的實驗室模型，從而有助于加快對神經(jīng)精神疾病的原因和治療方法的研究。
實驗部分
為評估中間神經(jīng)元是否在其最終遷移至的新皮層位置存在局部特化，利用單分子熒光原位雜交（smFISH）分析再次驗證整個狨猴新皮層中PVALB+中間神經(jīng)元中ASS1和CRYM基因也存在空間分級表達。
利用TissueGnostics公司TissueFAXS SL Q+ 2D/ 3D全景組織細胞成像定量分析系統(tǒng)對如下smFISH標記大腦皮層樣本進行全景成像及StrataQuest組織流式定量分析。
StrataQuest提供大量原始數(shù)據(jù)進行支撐后，對該數(shù)據(jù)進行進一步生物信息數(shù)據(jù)挖掘。
TissueFAXS Q+2D/ 3D全景組織細胞成像定量分析系統(tǒng)技術(shù)特點：
1.針對較厚組織樣本可采用高速共聚焦成像模式，在全景水平快速獲得組織中某一焦面的高清晰圖像。（eg. 20X，350個FOV，4通道的成像時間8.5mins）
2. 采用多通道獨立LED光源模塊，針對較厚組織樣本的Z軸多層掃描在保證熒光激發(fā)效果的基礎(chǔ)上，避免了熱光源光毒性對樣本熒光信號淬滅的影響。
3. 支持TG高通量上樣器，120張標準組織切片/60張雙倍尺寸組織切片。
4. 支持63X，100X油鏡全景成像。
SQ軟件通過DAPI通道對細胞核進行識別，隨后根據(jù)細胞質(zhì)的形態(tài)和染色強度對核周細胞質(zhì)范圍進行圈定，并排除了人為的雜質(zhì)信號。在進行統(tǒng)計之前，通過人工校驗的方法刪除了較大的雜質(zhì)數(shù)據(jù)，每個通道選擇了20個參數(shù)（包含形態(tài)學(xué)參數(shù)）進行數(shù)據(jù)獲取。
Fig.1 頂部和中部，smFISH for VIP and NKX2-1。箭頭指出為共表達基因。底部，TAC3和PVALB標記的smFISH標識非重疊區(qū)域（7 years 狨猴）。
Fig.2 IQGAP2，PVALB和VIP三重smFISH標記的小鼠樣本和獼猴樣本。箭頭指出部分為IQGAP2+PVALB+或者IQGAP2+VIP+雙陽性區(qū)域。
smFISH實驗驗證PVALB +中間神經(jīng)元的表達
a，獼猴大腦皮層樣本的PVALB和ASS1（左）或CRYM（右）染色樣本。三個成像區(qū)域的細胞分布（頂部圖像圈出的藍色框）。
b，頂部為a中的三個藍色框的PVALB +和雙陽性中間神經(jīng)元的空間分布。底部為單陽性（PVALB +）和雙陽性（PVALB + ASS1 +或PVALB + CRYM +）細胞的比例分布。
c， b中每個標記基因的平均強度。