人類大腦由1700億個細胞組成,每一種細胞都會發(fā)揮一種特殊的功能,那么問題來了,是什么機制讓細胞的功能變得不相同呢？很多生物學家都嘗試將細胞進行逐一分離并對其進行深入研究來回答這個問題,通過對每個細胞進行RNA測序,研究人員就能夠確定給定組織中哪些基因會發(fā)生表達,但能夠?qū)⒓毎麖慕M織中分離出來的技術(shù)很難進行精細化地應(yīng)用于人類大腦中脆弱且細胞的神經(jīng)元細胞,而且在統(tǒng)計學上也存在一定的局限性.
近日,來自加利福尼亞大學的科學家們通過研究表示,他們能夠?qū)⒋竽X組織樣本粉碎,提取細胞的總RNA,并且觀察細胞中基因的活性模式,以此就能夠研究細胞的身份,相關(guān)研究結(jié)果刊登于國際雜志Nature Neuroscience上,文章中,研究人員對過去10年收集的來自840名人類供體中的7200多份神經(jīng)典型性組織樣本進行研究,分析了其中數(shù)以億計的細胞的特性.
研究者Michael Oldham教授表示,對數(shù)以萬計的單個細胞的研究往往會讓人印象深刻,但這卻并不能與對完整組織樣本中數(shù)十億個細胞進行研究相媲美,人們常常低估了由大塊組織所產(chǎn)生的組學數(shù)據(jù)信息,而利用這種方法研究人員就能夠獲得所有種類的數(shù)據(jù)來解決當前所面臨的一系列生物學問題.
大塊的組織樣本中含有多種細胞類型,研究者假設(shè),如果每一種類型的細胞都有著特殊的基因表達模式,而這些特性或許會在許多組織樣本中突然間一致性地出現(xiàn),換句話說,在特定的組織中,特定的細胞群應(yīng)該以一種可預測的方式來驅(qū)動細胞中整體的基因表達.利用已經(jīng)發(fā)表的數(shù)據(jù)集并建立細胞身份的標志物,研究人員就能在成千上萬的轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)主要類型細胞的特殊指紋,這些細胞類型包括神經(jīng)元 少突神經(jīng)膠質(zhì)細胞 星形細胞和小膠質(zhì)細胞.
研究人員能將其工作作為一種在線的資源,而該資源站點就能夠幫助研究人員輕松識別大腦中不同細胞類型中所表達的基因特性以及這些細胞的位點；文章中研究人員所開發(fā)的新型技術(shù)也能夠幫助他們預測哪些細胞和大腦區(qū)域是治療特殊疾病的主要靶點,如今研究者已經(jīng)能利用該技術(shù)來模擬增加阿爾茲海默病發(fā)病風險的基因表達.
研究者發(fā)現(xiàn),兩種與早發(fā)型阿爾茲海默病相關(guān)的基因：app和PSEN1或許會分別在神經(jīng)元和少突神經(jīng)膠質(zhì)細胞中發(fā)生表達,而相比較而言,與晚發(fā)型阿爾茲海默病相關(guān)的的基因：APOE和TREM2或許會在星形細胞和小神經(jīng)膠質(zhì)細胞中分別表達；相關(guān)研究結(jié)果或能為研究人員提供線索,即特殊細胞類型中關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄改變或許會成為誘發(fā)疾病發(fā)生不同表現(xiàn)的基礎(chǔ).
如今這種分析還能在除了人類大腦之外的組織中進行,比如在任何生物系統(tǒng)中 任何動物物種中 健康和疾病狀態(tài)下等；除了分析基因表達外,研究人員所開發(fā)的新技術(shù)還能夠闡明能夠反映細胞特殊類型的蛋白質(zhì) 脂質(zhì)和表觀遺傳學標志物等；從本質(zhì)上來講,這種新技術(shù)還能夠幫助科學家們理解為何不同的細胞類型會按照他們的方式來進行運作,而不需要費力地從組織中分離出細胞來進行研究.
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