哈佛大学和麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员创建了第一个发育中小鼠大脑关键区域的详细图谱，将多种先进的基因组技术应用于负责处理身体感觉的大脑皮层部分。通过测量基因活动和调节如何随时间变化，研究人员现在可以更好地了解大脑皮层的构建方式，以及一套全新的工具来探索皮层如何在神经发育疾病中受到影响。该研究发表在《自然》杂志上。
我们长期以来一直对了解哺乳动物大脑皮层的发育感兴趣，因为它是高级认知的所在地，也是人类进化过程中扩展和多样化最多的大脑部分。在这项研究中，我们用非常精细的晶状体观察了皮层，几乎在每一天的发育过程中都对它的所有细胞进行了分析。我们以前所未有的时间分辨率对基因表达和调控的变化进行编目，以构建这种惊人组织的第一个单细胞分辨率分子图谱。该图使我们能够提取控制皮层如何构建的第一个机械原理，并开始解码遗传异常如何影响胚胎中这种高度受控的过程。”
该研究的共同资深作者、哈佛大学干细胞和再生生物学戈卢布家族教授 Paola Arlotta
“在发育中的大脑中，我们必须考虑三件事：存在的细胞类型、这些细胞所在的位置以及它们处于发育的哪个阶段。此外，通过确定在正常发育过程中指导这一过程的驱动因素，我们可以更好地了解疾病可能出现的问题，”共同资深作者 Aviv Regev 说，他在研究开始时是博德研究所的核心研究所成员，目前是基因泰克研究和早期开发的负责人。
研究人员专注于躯体感觉皮层，它可以作为大脑皮层其他区域的模型，因为它包含代表其所有主要类别的细胞。对于皮质发育的每一天，研究人员在单细胞水平上使用多种技术分析大脑。他们使用 RNA-seq 来测量表达了哪些基因，并使用空间转录组学来测量基因在组织中的表达位置。他们还使用 ATAC-seq 来测量基因组的哪些部分可以进行调控。
“这些技术使我们能够观察不同的基因表达模式以及基因如何相互调节。例如，通过结合这三种模式，我们对哪些是指导神经元发育的重要基因有了更深入的了解，”Daniela Di Bella 说，Arlotta 实验室的博士后研究员，该研究的共同第一作者。
例如，尚不清楚何时建立不同神经元群体的皮质多样性。“我们发现神经元的不同风味是在神经元成熟过程中决定的，而不是在它们的干细胞中预先建立，”迪贝拉说。
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