深圳子科生物報(bào)道：約翰霍普金斯醫(yī)療集團(tuán)的研究人員報(bào)告稱，他們已開發(fā)出一種通過追蹤細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的基因來描繪中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的方法。這項(xiàng)技術(shù)在本研究的小鼠視網(wǎng)膜中得到證實(shí)，其跟蹤了個(gè)體細(xì)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(xì)方式來識(shí)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?cè)谥袠猩窠?jīng)系統(tǒng)細(xì)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(xì)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(xì)胞制造某種類型的視網(wǎng)膜細(xì)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(xì)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(shí)驗(yàn)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(xì)胞類型，因此可以作為一個(gè)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(xì)胞類型都是由神經(jīng)祖細(xì)胞產(chǎn)生，神經(jīng)祖細(xì)胞為干細(xì)胞樣細(xì)胞，具有發(fā)育成幾乎任何視網(wǎng)膜細(xì)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(xì)胞類型所需的基因模式沿著嚴(yán)格的時(shí)間線出現(xiàn)。神經(jīng)元如視網(wǎng)膜中的吸光視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞一樣由較年輕的祖細(xì)胞產(chǎn)生，而支持性神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞由較老的祖細(xì)胞產(chǎn)生。

為了詳細(xì)研究這一過程并構(gòu)建路線圖，研究人員首先對(duì)不同發(fā)育時(shí)間點(diǎn)的個(gè)體小鼠視網(wǎng)膜細(xì)胞的DNA進(jìn)行了測(cè)序 - 從第一代祖細(xì)胞到成年視網(wǎng)膜細(xì)胞。

研究人員隨后將這些信息輸入由Stein-O Brien開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)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(xì)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(jì)算機(jī)程序產(chǎn)生一個(gè)分支結(jié)構(gòu)，讓研究人員了解哪些細(xì)胞類型會(huì)產(chǎn)生其他細(xì)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(xì)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(gè)體基因和基因網(wǎng)絡(luò)對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響”，Blackshaw說道。

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

研究人員對(duì)小鼠進(jìn)行了基因工程改造，使它們大量表達(dá)這三種基因或者完全不表達(dá)，并通過跟蹤在計(jì)算機(jī)程序中的任何給定時(shí)間“開啟”何種基因來觀察它們的視網(wǎng)膜細(xì)胞生命周期如何改變。研究人員發(fā)現(xiàn)，NFI基因表達(dá)水平升高的細(xì)胞表現(xiàn)得比實(shí)際年齡更老，并且比正常眼睛視網(wǎng)膜祖細(xì)胞產(chǎn)生更多相應(yīng)的細(xì)胞類型（神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞）。相比之下，沒有NFI基因的祖細(xì)胞繼續(xù)產(chǎn)生早期的細(xì)胞類型（如視桿細(xì)胞），并像年輕的祖細(xì)胞一樣繼續(xù)進(jìn)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(xì)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(xì)胞是如何從未定型干細(xì)胞群發(fā)育成成熟組織，我們就可以使用這個(gè)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(biāo)題：

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