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迄今为止最大的单细胞数据集!为找到癫痫影响的基因,研究人员分析了117,221个神经元

2020/10/12 生物探索
导读:第一个探索人脑癫痫区中每个神经元如何受到癫痫影响的研究。

癫痫症是一种神经系统疾病,也是最常见的严重慢性大脑疾病,其特征是自发性发作和反复发作,主要发生在海马或大脑皮层区域。目前,全世界已有超过6800万人受到癫痫症的影响,然而,我们对于癫痫的病理生理学仍然知之甚少。在动物模型中的一些研究表明,某些神经元亚型对癫痫发作的产​​生和电信号的传递有一定的作用,但人类癫痫患者的相应数据却很少。

对此,来自丹麦哥本哈根大学的研究人员在对117,221个神经元转录组进行单核转录组学分析后,确定了癫痫皮层转录组中分布于多种神经元亚型的大规模变化,并找到了受癫痫影响最大的确切神经元。相关成果发表于《Nature Communications》上。


https://www.nature.com/articles/s41467-020-18752-7 

具体而言,为了确定人类大脑癫痫发作活动中功能失调的神经元亚型,研究人员对来自多个颞叶癫痫和非癫痫患者皮层样本中的超过110,000个神经元转录组进行了单核转录组学分析。结果发现,最大的转录组变化发生在几个主要神经元家族L5-6_Fezf2L2-3_Cux2)和GABA能中间神经元SstPvalb)的不同神经元亚型中,而同一家族中的其他亚型则受影响较小


癫痫和非癫痫数据集的整合以及与疾病相关的神经元亚型的鉴定 

此外,研究人员还观察到了跨亚型的转录组的协调变化。这提示,与癫痫相关的转录组变化最大的亚型可能属于同一回路

该研究还发现,谷氨酸信号传导是癫痫病失调最严重的信号之一,突显出多个谷氨酸受体基因的逐层转录变化以及编码AMPA受体辅助亚基基因的强烈上调。


癫痫患者皮层中谷氨酸受体亚基基因表达的分层失调

卫生与医学学院生物技术研究与创新中心副教授Konstantin Khodosevich表示:“我们的研究揭示了癫痫中基因表达的复杂性,这种复杂性比我们以前已知的要大得多。这并不是少数或几百个基因的变化,而是不同神经元中数千个基因在癫痫中表达的改变。从成千上万表达变化的基因中,我们确定了最有可能促成癫痫发生的表达变化的基因,精确指出哪些神经元受到癫痫的影响意味着我们可以鉴定出最有潜力成为有效治疗靶标的分子。”

这项研究是第一个探索人脑癫痫区中每个神经元如何受到癫痫影响的研究,是迄今为止发表的最大的脑部疾病单细胞数据集。下一步,研究人员的工作是研究神经元及其功能变化如何导致癫痫发作,以期找到能够使癫痫相关神经元功能恢复正常并抑制癫痫发作的分子。

参考资料:

[1]https://www.genengnews.com/news/neurons-affected-by-epilepsy-identified/

[2]Identification of epilepsy-associatedneuronal subtypes and gene expression underlying epileptogenesis

 

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