该工具有助于了解动物大脑中存在的细胞类型。科学家们已经在鱼类、爬行动物、老鼠甚至人类身上使用了 scRNA-seq 。但是大脑进化难题的一个主要部分已经丢失：两栖动物。
绘制轴突大脑图
我们的团队决定专注于蝾螈的端脑。在人类中，端脑是大脑最大的部分，包含一个称为新皮质的区域，在动物行为和认知中起关键作用。在最近的进化过程中，与其他大脑区域相比，新皮质的大小大幅增长。同样，构成端脑的细胞类型随着时间的推移具有高度多样化和复杂性，使该区域成为一个有趣的研究领域。
我们使用 scRNA-seq 来识别构成蝾螈端脑的不同类型的细胞，包括不同类型的神经元和祖细胞，或者可以分裂成更多自身或变成其他细胞类型的细胞。我们确定了当祖细胞变成神经元时哪些基因是活跃的，并发现许多基因在成为成熟神经元之前会通过一种称为神经母细胞的中间细胞类型——以前不知道存在于蝾螈中。
然后，我们通过移除其端脑的一部分来测试蝾螈的再生。使用一种专门的 scRNA-seq 方法，我们能够在损伤后 1 到 12 周的不同再生阶段捕获和测序所有新细胞。最终，我们发现所有被移除的细胞类型都已完全恢复。
我们观察到大脑再生发生在三个主要阶段。第一阶段从祖细胞数量的快速增加开始，这些细胞中的一小部分激活了伤口愈合过程。在第二阶段，祖细胞开始分化成神经母细胞。最后，在第三阶段，成神经细胞分化成最初丢失的相同类型的神经元。
令人惊讶的是，我们还观察到切除区域和大脑其他区域之间被切断的神经元连接已经重新连接。这种重新布线表明再生区域也恢复了原来的功能。
两栖动物和人类大脑
将两栖动物添加到进化难题中，研究人员可以推断大脑及其细胞类型如何随时间变化，以及再生背后的机制。
当我们将我们的蝾螈数据与其他物种进行比较时，我们发现它们端脑中的细胞与哺乳动物海马体（参与记忆形成的大脑区域）和嗅觉皮层（大脑中参与感觉的区域）表现出很强的相似性。闻。我们甚至发现一种轴突细胞类型与新皮质有一些相似之处，新皮质是人类以感知、思维和空间推理而闻名的大脑区域。这些相似之处表明，大脑的这些区域可能在进化上是保守的，或者在进化过程中保持可比性，并且哺乳动物的新皮质可能在两栖动物的端脑中具有祖先细胞类型。
虽然我们的研究揭示了大脑再生的过程，包括涉及哪些基因以及细胞最终如何变成神经元，但我们仍然不知道是什么外部信号启动了这个过程。此外，我们不知道我们确定的过程是否仍然适用于后来进化的动物，例如老鼠或人类。
但我们并没有单独解决大脑进化难题。哥伦比亚大学的 Tosches 实验室探索了另一种蝾螈 Pleurodeles waltl 中细胞类型的多样性，而中国广东省医学科学院的费实验室和生命科学公司华大基因的合作者探索了细胞类型在空间上的排列方式蝾螈前脑。
识别蝾螈大脑中的所有细胞类型也有助于为再生医学的创新研究铺平道路。老鼠和人类的大脑在很大程度上已经失去了自我修复或再生的能力。严重脑损伤的医疗干预目前集中在药物和干细胞疗法上，以促进或促进修复。检查使蝾螈实现近乎完美再生的基因和细胞类型可能是改善严重损伤治疗和释放人类再生潜力的关键。返回搜狐，查看更多