深圳子科生物報道：約翰霍普金斯醫(yī)療集團的研究人員報告稱，他們已開發(fā)出一種通過追蹤細胞內(nèi)表達的基因來描繪中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的方法。這項技術(shù)在本研究的小鼠視網(wǎng)膜中得到證實，其跟蹤了個體細胞在發(fā)育過程中使用的基因的活性，使研究人員能夠以前所未有的詳細方式來識別模式。研究人員表示，這種精確的路線圖可用于在未來開發(fā)治療致盲性疾病和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的再生療法。

“這無疑是我們在中樞神經(jīng)系統(tǒng)細胞發(fā)育方面最全面的路線圖”，約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授兼細胞工程研究所成員Seth Blackshaw博士說道。

“如果我們能夠利用這種路線圖來讓干細胞制造某種類型的視網(wǎng)膜細胞，我們有朝一日便可以替換因黃斑變性和其他致盲性疾病而喪失的細胞”，Genevieve Stein-O Brien博士說道，其在約翰?；羝战鹚勾髮W(xué)醫(yī)學(xué)院的Elana Fertig博士實驗室擔(dān)任博士后研究員，Elana Fertig博士為約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)副教授兼約翰?霍普金斯金梅爾癌癥中心成員。

該研究的描述于5月22日發(fā)布在《神經(jīng)元》（Neuron）雜志的網(wǎng)絡(luò)版。Blackshaw表示，視網(wǎng)膜是一種已充分研究的結(jié)構(gòu)，其包含多種存在于神經(jīng)系統(tǒng)的其他部分的細胞類型，因此可以作為一個極好的范例用于研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。

構(gòu)成視網(wǎng)膜的各種細胞類型都是由神經(jīng)祖細胞產(chǎn)生，神經(jīng)祖細胞為干細胞樣細胞，具有發(fā)育成幾乎任何視網(wǎng)膜細胞類型的能力，這取決于在發(fā)育期間開啟和關(guān)閉的基因。創(chuàng)造每種細胞類型所需的基因模式沿著嚴格的時間線出現(xiàn)。神經(jīng)元如視網(wǎng)膜中的吸光視桿細胞和視錐細胞一樣由較年輕的祖細胞產(chǎn)生，而支持性神經(jīng)膠質(zhì)細胞由較老的祖細胞產(chǎn)生。

為了詳細研究這一過程并構(gòu)建路線圖，研究人員首先對不同發(fā)育時間點的個體小鼠視網(wǎng)膜細胞的DNA進行了測序 - 從第一代祖細胞到成年視網(wǎng)膜細胞。

研究人員隨后將這些信息輸入由Stein-O Brien開發(fā)的機器學(xué)習(xí)計算機程序中，該程序旨在快速壓縮大量的遺傳數(shù)據(jù)，將相似的細胞分組在一起，生成一張路線圖，讓研究人員能夠可視化發(fā)育過程。該計算機程序產(chǎn)生一個分支結(jié)構(gòu)，讓研究人員了解哪些細胞類型會產(chǎn)生其他細胞、哪些最密切相關(guān)以及發(fā)生什么樣的遺傳變化導(dǎo)致小鼠和人類視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)超過100種細胞類型。

“該路線圖為我們提供了一種方式，讓我們可以了解個體基因和基因網(wǎng)絡(luò)對發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響”，Blackshaw說道。

在一項原理驗證實驗中，研究人員接下來選擇仔細研究三種基因，即核因子1（NFI）a、b和x，這些基因已知對于幫助祖細胞確定其年齡以及可以產(chǎn)生的視網(wǎng)膜細胞類型必不可少。

研究人員對小鼠進行了基因工程改造，使它們大量表達這三種基因或者完全不表達，并通過跟蹤在計算機程序中的任何給定時間“開啟”何種基因來觀察它們的視網(wǎng)膜細胞生命周期如何改變。研究人員發(fā)現(xiàn)，NFI基因表達水平升高的細胞表現(xiàn)得比實際年齡更老，并且比正常眼睛視網(wǎng)膜祖細胞產(chǎn)生更多相應(yīng)的細胞類型（神經(jīng)膠質(zhì)細胞）。相比之下，沒有NFI基因的祖細胞繼續(xù)產(chǎn)生早期的細胞類型（如視桿細胞），并像年輕的祖細胞一樣繼續(xù)進行分裂。

研究人員表示，他們最終希望將描繪技術(shù)應(yīng)用于其他細胞類型，以更好地了解哪些基因影響身體其他組織中的疾病發(fā)展?！叭绻覀兇_切地知道祖細胞是如何從未定型干細胞群發(fā)育成成熟組織，我們就可以使用這個路線圖將它們重定向，以沿特定的其他路徑發(fā)育”，約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)助理教授兼McKusick-Nathans遺傳醫(yī)學(xué)研究所成員Loyal Goff博士說道。

原文標題：

Single-Cell RNA-Seq Analysis of Retinal Development Identifies NFI Factors as Regulating Mitotic Exit and Late-Born Cell Specification