追问新知 | 加州理工最新研究实现精准绘制，揭秘小鼠大脑中数百万细胞的细节

KEYPOINTS

○DNA转录成RNA指导蛋白质合成，高等真核生物中有RNA剪切步骤，可以生成同种型但是不同功能的蛋白质。如果这一步骤RNA剪切出现问题，则可能导致神经发育失常和精神类疾病发生。

○发表在《自然》杂志上的一项最新研究，通过融合3项技术实现了对小鼠大脑中神经细胞基因组信息的精准测绘。

○ 该技术平台是一项开源的、可重复的、操作简便的技术，可以帮助人们更好地研究细胞间的联系，从而通过对小鼠大脑研究，进一步了解人类大脑的构造。

如果把人类的大脑比作一台超级计算机，那么它的性能已经超越了世界上任何一台超级计算机的能力——人类的大脑拥有接近1000亿的神经元，它们相对独立又彼此协作，支撑起大脑无与伦比的计算能力。

结构决定功能。以目前的技术和发展来看，我们要了解清楚人脑全部的结构依旧是一个巨大的挑战，但是这并不妨碍我们通过和人脑相类似但是结构更小、更简单的小鼠大脑来了解脑内的结构——通过对小鼠大脑进行研究，可以帮助我们了解大脑中不同类型的神经细胞如何工作，同时也可以帮助我们找到神经发育和精神疾病发生的原因。

在神经发育和精神疾病的发生过程中，基因同种型的转录和转录后的控制，对于神经元的正常发育分化有至关重要的作用。在这个过程中，如果发生基因的剪接失调，就可能导致神经发育失常或者精神类疾病的出现。一项新的研究或许可以帮助了解这个过程。

▷ RNA剪切。根据中心法则，DNA会转录成RNA再进一步指导蛋白质的形成。在人类等高等真核生物中，会多一个步骤，RNA剪切。RNA被切碎，RNA中的一些片段在指导蛋白质合成之前重新粘合，从而产生同种型但具有不同功能的蛋白质。图片来源：Canva，已获得商用授权

10月6日发表在《自然》杂志上的一项研究，以一种前所未有的分辨率描述了小鼠大脑内的基因组细节，同时也为未来我们分析单个细胞的综合特征提供了一个新的方式。

▷ 文章封面，图片来源：《Nature》官网

目前已经有的3项技术，包括基因标记技术（例如10x Chromium技术）、异构体测序技术（例如 SMART-seq技术）和空间 RNA 捕获技术（例如MERFISH技术），在进行细胞类型和基因分析时都有着自己的优势，但是无法完全表征细胞的特征。与此同时，3个平台之间的数据互通也存在一定的问题。

为了最大程度的发挥这3个平台的互补优势，研究团队引入了 scRNA-seq技术，这种技术可以将 SMART-seq 解析的同种型的细胞与 10x Chromium 定义的细胞类型联系起来，并且将这些信息和MERFISH获得的空间转录测量值相合并。这个新的技术平台可以更大程度地发挥各个平台的作用，不仅揭示了小鼠运动皮层中同种型细胞转录基因之间的关系，还发现了在以往的数据中遗漏的不同细胞亚型的证据，大大增加了目前的单细胞数据库的概念。

▷ 通过3项技术的联合，实现了单一技术的无法实现的能力，在细胞类型的分析上达到了前所未有的空间分辨率。图片来源：

Isoform cell-type specificity in the mouse primary motor cortex

同时作为一项开源的、可重复的、操作简便的技术，这项新的技术将为人们探索不同细胞类型之间的联系提供了一个新的方法，作为本次研究的主要研究者之一，Lior Pachter教授说道：“这项新的技术组合，发挥出了1+1+1＞3的技术力量。”

这项研究的主要研究人员包括A. Sina Booeshaghi教授和Lior Pachter教授，同时参与研究的还有艾伦脑科学研究所的Zizhen Yao、Cindy van Velthoven、Kimberly Smith、Bosiljka Tasic和 Hongkui Zeng研究人员。Lior Pachter教授同时也是TCCI天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute）研究员。

关于TCCI

天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute，TCCI）是由陈天桥、雒芊芊夫妇私人出资10亿美元创建的，旨在支持、推进全球范围内脑科学研究，造福全人类。TCCI一期投入5亿元人民币支持中国的脑科学研究，与上海周良辅医学发展基金会合作成立上海陈天桥脑健康研究所（又名TCCI转化中心），致力于提升脑健康和脑疾病治疗研究和成果转化。后又与华山医院、上海市精神卫生中心等建立战略合作设立了应用神经技术前沿实验室，投入相关技术的直接开发和研究。在国际上TCCI与加州理工学院合作成立TCCI加州理工研究院，设脑机接口、社交与决策神经科学、系统神经科学、分子与细胞神经科学、大脑成像、神经科学教育等多个中心，重点关注大脑基础研究。TCCI还在全球持续支持了包括中国，欧洲，日本，美国等国家神经科学年会。TCCI已经成为全球最知名和最大规模的支持人类脑科学研究的研究机构之一。

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