scATAC文獻：利用scRNA-seq和scATAC-seq研究靈長類中間神經元發(fā)育過程中的進化保守和非保守調控

scATAC文獻：利用scRNA-seq和scATAC-seq研究靈長類中間神經元發(fā)育過程中的進化保守和非保守調控 1

Specific cell identities of primate GE progenitors

在哺乳動物發(fā)育中的大腦中家制，神經元由位于腦室區(qū)（VZ）的RGC和位于大腦皮層和GE的腦室下區(qū)（SVZ）的IPC生成琳疏。作者對來自人類和獼猴的神經祖細胞進行了亞群劃分鸠天，包括RGC和IPC（圖2a）嗜愈。

Progenitor cell groups of primate GEs

RGC通過HES1删壮、VIM和NES的高表達水平來區(qū)分，而IPC通過ASCL1役耕、HES6和DLX2的表達來識別（圖2b）秽五。

在所有RGC中，作者觀察到不同GE祖先的區(qū)域身份聂受。NKX2-1蒿秦、PAX6和NR2F2的表達分別代表MGE、LGE和CGE祖細胞（圖2c）蛋济。

Expression levels of regional identity markers

對大腦皮質的研究顯示棍鳖，在靈長類新皮質中，SVZ/VZ外有一個特定的增殖區(qū)域碗旅，稱為室下外側區(qū)（oSVZ）渡处。位于oSVZ中的外放射狀膠質細胞（ORG）與VZ中的RGC不同，它們被認為是靈長類動物扛芽，尤其是人類大腦體積擴張的主要因素骂蓖。值得注意的是，作者根據(jù)FAM107A川尖、HOPX和TNC58的集中和特異性表達登下，在GEs的RGC內鑒定出靈長類特異性外放射狀膠質細胞（oRG）（圖2a茫孔，b）。

作者對HOPX進行了免疫染色被芳，并確認了在GW13人和GW12獼猴LGE的VZ和SVZ缰贝，以及遠離VZ的區(qū)域中HOPX的表達，類似于皮質中的區(qū)域（圖2d）畔濒。

Expression of HOPX in human (left) and macaque (right) GE

然而剩晴，作者在小鼠GE或皮質中未觀察到任何陽性信號。這表明侵状，在靈長類動物的大腦發(fā)育過程中赞弥，oRG不僅存在于大腦皮層，也存在于GEs中趣兄。

然后绽左，作者試圖找出靈長類動物和小鼠之間GE祖細胞的差異。作者將作者的靈長類數(shù)據(jù)與已發(fā)布的小鼠GE數(shù)據(jù)集進行了整合艇潭，并對祖細胞群進行了子集劃分拼窥。針對HES1+ RGCs，作者在不同物種之間進行了差異基因表達分析（圖2e）蹋凝。

Progenitors of human, macaque and mouse GE visualized by UMAP

確定了一組在人類和獼猴中高度表達的基因（圖2e）鲁纠。在這些差異表達基因（DEG）中，其中一些之前被報道為人類RGC中的特異表達基因鳍寂，如MOXD1和TCIM58–60（圖2e）改含，這驗證了作者的發(fā)現(xiàn)。其他增殖相關基因伐割，如CLU61和VEPH1候味，也可能導致物種差異刃唤。

在大腦發(fā)育過程中隔心，從RGC到IPC以及有絲分裂到有絲分裂后細胞的轉變在細胞發(fā)育和分化中起著重要作用。對IPCs的分析顯示尚胞，RGS16是G蛋白偶聯(lián)受體信號級聯(lián)的調節(jié)器硬霍，在靈長類和小鼠剛進入有絲分裂后期的細胞中特異表達（圖2f）。scATAC-seq執(zhí)行的基因調控網絡顯示笼裳，RGS16受多個增殖相關基因的調控唯卖，如PAX6、GLI3和HES5（圖2f）。

此外，區(qū)域特異性標記物菩掏，如MGE中的NKX2-1谒拴、CGE中的NR2F2和LGE中的ISL1，開始表達與RGS16表達降低相關年局。這些模式表明宁舰，RGS16可能是IPC和細胞命運決定前體之間的過渡因子乒疏。

上述結果表明法牲，在發(fā)育中的GE和大腦皮層中史汗，靈長類動物都存在oRGs，這可能是靈長類動物和嚙齒類動物物種差異的原因之一拒垃。

Cell fate determination in the developing MGE and CGE

為了描述MGE中的發(fā)育譜系停撞，選擇LHX6表達組進行進一步的差異基因表達分析和軌跡重建（圖3a）。

Clusters and cell types in MGE

作者檢測到四種不同的細胞類型悼瓮，根據(jù)它們的基因表達譜戈毒，其中一種被認為是前體細胞。其他三個分支分別由SST横堡、LHX8和CRABP1表達細胞組成（圖3b副硅、c）。

Visualization of expression profiles of different cell lineages in MGE using UMAP

Heatmaps describing DEGs in different lineages

MGE前體由轉錄因子NKX2-1翅萤、TOX3和PLS3（圖3b）的表達指定恐疲，這些轉錄因子在細胞成熟過程中逐漸表達。MGE中所有假定更成熟的細胞都有NRXN1和CHL1的表達套么，根據(jù)生物過程基因GO（圖3d）培己，其功能與細胞粘附和軸突投射有關。

GO enrichment analysis in different cell lineages

在SST+中間神經元的整個譜系中胚泌，ZEB2和PLS3與包括ERBB4和CXCR4在內的基因一起表達（圖3b）省咨。之前的研究已經報道，ERBB4和CXCR4調節(jié)來自GE的中間神經元向小鼠大腦皮質的切向遷移玷室。這些模式表明零蓉，起源于MGE的SST+中間神經元將遷移到大腦皮層。

LHX8+細胞是MGE衍生的膽堿能投射神經元穷缤，定位于基底端腦敌蜂。大多數(shù)LHX8+細胞在人類GW9和獼猴GW7的MGE中檢測到，但在三個較老的樣本中幾乎沒有檢測到（圖3f）津肛。

Human samples of different developmental stages of MGE

類似地章喉，在小鼠MGE中，在E11和14處檢測到的LHX8+細胞比在E17處檢測到的要多得多身坐。這表明LHX8+膽堿能投射神經元可能在靈長類動物大腦發(fā)育的早期產生秸脱，這與小鼠的研究結果一致。

作者還發(fā)現(xiàn)了一小群在LHX8+細胞旁特異表達CRABP1和ANGPT2的細胞（圖3b-e）部蛇。作者獨立分析了這兩組細胞摊唇，以了解它們的更多細節(jié)。特征圖顯示涯鲁，ANGPT2的表達與LHX8的表達完全分離巷查，而CRABP1在一小部分LHX8+細胞中表達（圖3e）嘹害。

Exclusive expression pattern of ANGPT2 and LHX8

對DEG的進一步檢查導致在ANGPT2+組中發(fā)現(xiàn)ST18和ETV1表達。ST18和ETV1被描述為皮質小白蛋白（PV）中間神經元前體的標志物吮便。作者假設笔呀，在大腦發(fā)育過程中，這些細胞會向大腦皮質遷移髓需，并代表皮質PV中間神經元的前體许师。

上述結果表明，細胞在MGE早期分化僚匆，細胞譜系以時間依賴性的方式多樣化微渠，這在Monocle3構建的偽時間分析中也得到了體現(xiàn)（圖3g，h）咧擂。

Pseudotime trajectory of primate MGE

CGE主要產生5HT3aR+皮質中間神經元逞盆。作者提取CGE細胞以檢查其細胞多樣性。幾乎所有CGE細胞都高度表達NR2F1和NR2F2松申。在這個發(fā)育階段云芦，作者檢測到鈣通道蛋白2和CCK的表達，這可能代表成人大腦皮層中的一組兩極和多極中間神經元贸桶。然而舅逸，其他經典的CGE衍生中間神經元標記，如RELN和VIP皇筛，在作者的數(shù)據(jù)中幾乎沒有表達琉历。這些結果表明，在靈長類CGE中水醋，CCK+和CARB2+中間神經元可能比RELN+和VIP+中間神經元更早被指定旗笔。