艾倫大腦圖集ABA(在大腦單細胞, 空間轉(zhuǎn)錄組研究中的應(yīng)用)

有了它愚屁,研究小鼠济竹,人類的大腦再也不用怕了!

Allen brain atlas: https://portal.brain-map.org/集绰,我想稱之為神器也不為過吧规辱!


Fig1.?https://portal.brain-map.org/?

科學家將腦相關(guān)數(shù)據(jù)編制成一個名為“艾倫人腦圖譜”的數(shù)據(jù)庫,該圖譜顯著標識出人類基因圖譜中的每個基因在大腦的何處表達栽燕,供公眾自由免費訪問罕袋。除了基因在腦部區(qū)域的表達,對于全面了解腦部結(jié)構(gòu)區(qū)域也是一個有效的途徑碍岔。

對于一個沒有實驗基礎(chǔ)或只是一名初步接觸腦組織的研究者來說浴讯,困擾可能是對腦的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)缺乏一個清晰的認識(特別是對于一些研究腦的空間結(jié)構(gòu)的人),這兒介紹一下ABA在目前腦單細胞研究中的應(yīng)用蔼啦。

1榆纽, 在腦單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用

單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析中,存在的最大的一個問題可能就是分群捏肢,細胞類別識別了吧奈籽。大腦中的細胞包含什么細胞類別,這些類別包含哪些特異基因是值得探究的鸵赫。ABA提供了免費下載的人類衣屏,小鼠的大腦單細胞數(shù)據(jù)集,供大家對腦細胞分類進行研究辩棒。這些數(shù)據(jù)集可能可以從側(cè)面驗證我們基于自己的數(shù)據(jù)得到的一些結(jié)論狼忱。

2,在腦空間轉(zhuǎn)錄組中的應(yīng)用

空間轉(zhuǎn)錄組一睁,顧名思義钻弄,不僅僅包含了轉(zhuǎn)錄表達信息,更多了這些細胞表達的空間信息者吁,作為一名對腦區(qū)域了解為零的小白窘俺,給一個組織切片,咋也看不懂呢砚偶,何談給切片分區(qū)批销,識別不同區(qū)域的差異洒闸。幸運的是,ABA提供了大腦切面詳細的分區(qū)信息均芽,無論是冠狀切片還是矢狀切片丘逸,無論是小鼠還是人類的大腦,在這兒都能找到你想要的掀宋。


FIg3

如圖深纲,這兒是p56期小鼠大腦的冠狀切片,選取的是第93張切片劲妙,右邊標記了這張切片上包含的組織信息湃鹊,主要是由大腦皮層,海馬形成镣奋,中腦構(gòu)成币呵,更詳細的區(qū)域劃分我們也可以直觀從切片信息中獲得。

大致明白了切面包含的空間信息侨颈,那我們能如何結(jié)合自己的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析呢余赢?

例如,seurat官網(wǎng)分析了小鼠的矢狀切面前部(https://satijalab.org/seurat/articles/spatial_vignette.html


Fig 3. Seurat分析空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)

如圖哈垢,根據(jù)這兒提供的空間 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)妻柒,seurat分析顯示切片包含的spots可以分為15個簇(C0-C14),映射到空間切片上可以發(fā)現(xiàn)明顯的分群耘分,但是沒群是什么組織細胞對于沒有腦基礎(chǔ)的研究者來說還是很模糊的举塔。通過ABA查詢小鼠矢量切片,我們可以發(fā)現(xiàn)與Fig 5 的前部可以對應(yīng)求泰。


Fig 4. 小鼠大腦的矢狀切片

這樣央渣,我們可以清晰的區(qū)分,C5渴频,C11主要為小鼠嗅球部分痹屹,而C1,C3枉氮,C4,C6暖庄,C7主要小鼠大腦皮層聊替,C14為海馬體部分。此外培廓,利用基因在空間表達模式惹悄,也可以輕松驗證上述分類,如Hpca主要在海馬體表達肩钠,我們可以看到切片信息中泣港,Hpca在C14中表達最高暂殖,同樣,通過ABA查詢Hpca在大腦中的表達情況当纱,我們發(fā)現(xiàn)Hpca在海馬體中表達富集呛每。如圖Fig6,F(xiàn)ig7坡氯。


Fig 5. Hpca在空間切片上的表達晨横。


Fig 6. Hpca在大腦冠狀切片中的熒光染色。

因此箫柳,我們可以根據(jù)ABA提供的每個區(qū)域特異的高表達的基因手形,來確定我們空間切片上的結(jié)構(gòu)區(qū)域。另外悯恍,可以在基因表達層面來分析空間結(jié)構(gòu)差異库糠,識別新的結(jié)構(gòu)區(qū)域,以及一些區(qū)域特異基因涮毫。


補充1:ABA提供了許多有用的tools瞬欧。們可以直接下載獲得人類,小鼠的單細胞數(shù)據(jù)集窒百,查看某個區(qū)域的特異表達基因黍判,查看2D或者3D的大腦結(jié)構(gòu)。這為基礎(chǔ)科研人員提升對大腦的認識提供了寶貴資源篙梢。

補充2:ABA對于空間轉(zhuǎn)錄組分析更詳細的應(yīng)用可以查看SCIENCE ADVANCES上發(fā)表的Molecular atlas of the adult mouse brain一文顷帖,作者測了小鼠全腦的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),對比ABA腦部區(qū)域渤滞,在isocortex, hippocampus上識別了一些新的亞區(qū)域(Fig 7)贬墩。


Fig7?Molecular atlas of the adult mouse brain
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