单细胞长读序列分析揭示了发育和成年小鼠和人脑中的特殊剪接模式

单细胞测序技术揭示了发育和成年小鼠及人脑中特殊的剪接模式

在神经系统中,信使RNA(mRNA)的剪接形式在建立细胞身份和调控细胞功能方面起着关键作作用。然而,迄今为止,还缺乏一份全面描绘脑区mRNA剪接形式的图谱。近日,来自纽约的一个研究小组利用增强版的单细胞长读长技术(scIsoR-seq2),系统性地研究了小鼠和人类脑区的mRNA全长剪接形式,并在不同脑区、发育时期和细胞类型之间进行了比对。

这项研究由威尔cornell医学院(Weill Cornell Medicine)的Hagen U. Tilgner博士和M. Elizabeth Ross博士课题组主导,论文发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上。研究人员从小鼠大脑的不同发育时期(出生后14天、21天、28天和56天)和不同脑区(海马、视觉皮层、纹状体、视丘和小脑)获取了单细胞转录组数据,并对其进行了深入分析。

在研究过程中,研究人员发现,对于72%的基因,其mRNA剪接形式的表达会随着发育时期、细胞类型或脑区的不同而发生显著变化。剪接位点、转录起始位点和聚腺苷酸化位点的选择在不同细胞类型之间存在显著差异,从而影响编码的蛋白质结构,并与疾病相关的变异有关。此外,与神经递质转运和突触周转相关的基因在不同的细胞类型和脑区之间表现出可变的剪接模式。

值得注意的是,在小鼠青春期(出生后21-28天)期间,各主要细胞类型的剪接变异都会出现一个峰值,尤其是在大脑区域(如海马和皮层)中。在此关键时期,神经元亚型在大脑半球的剪接变异最为显著。

此外,研究人员还发现,小鼠中的细胞类型特异性剪接模式在人类海马中也得到了保留,这使得研究结果可以外推到人类大脑。但与此同时,人类大脑还获得了一些新的细胞类型特异性剪接形式,暗示了一些获得功能的新剪接形式的存在。

这项详尽的单细胞全长剪接形式图谱揭示了跨越发育、解剖结构和物种的剪接变异程度之高,为我们对脑部转录调控的理解提供了新的见解。研究成果可在www.isoformatlas.com网站上公开查阅。