來自哈佛醫(yī)學院遺傳學系的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的紋狀體中。（紋狀體是負責認知、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，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)果可能幫助科學家們選擇最好地模擬與這些疾病有關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。