贝勒医学院，德克萨斯心脏研究所和德克萨斯儿童医院的一组研究人员开发了一种强有力的新方法来了解哺乳动物成年大脑中新神经元的形成。发表在Cell Reports杂志上，这项工作开启了令人兴奋的新途径，可以进一步发展以修复功能失常的大脑回路。

“哺乳动物的大脑是由不同细胞类型组成的复杂组织。然而，尽管在神经科学领域取得了快速进展，但大脑中只有有限数量的细胞类型是已知且具有良好特征的，”主要作者Benjamin Arenkiel博士说。贝勒医学院分子与人类遗传学和神经科学副教授，德克萨斯儿童医院Jan and Dan Duncan神经学研究所研究员。“识别所有细胞亚型对于揭示大脑回路如何发挥作用至关重要，并将在患病和受伤情况下产生对大脑活动的洞察力。”

在这项研究中，Arenkiel及其同事描述了一种创新方法，该方法确定了成人出生神经元与现有脑回路相关的新细胞靶标和遗传途径。

研究人员现在知道，大脑不仅仅由四到五种细胞类型组成，而且还具有一般角色。Arenkiel解释说，大多数电路由独特的细胞亚型组成，其中许多细胞目前都没有特征。例如，在特定类别的神经元内可能存在数千种功能性亚型。

“因此，开始了解大脑回路的首要任务是识别所有细胞运动员，”Arenkiel说，他也是贝勒医学院的McNair学者。“这将允许我们通过基因探测它们来揭示它们的生物学功能，这是在出现问题时修复这些电路的必要知识。”

在大多数成年哺乳动物中，只有大脑的两个区域，海马和嗅球(OB)，已被证明可以将新神经元整合到现有的大脑回路中。Arenkiel与贝勒医学院再生医学教授和Vivian L. Smith教授兼德克萨斯心脏研究所心肌细胞更新实验室主任詹姆斯马丁博士联合。该团队应用了一种相对较新的技术，单细胞RNA测序，以识别OB中的新​​细胞亚型。

为了进行单细胞RNA测序，Arenkiel实验室的研究生，本文的主要作者之一Burak Tepe及其同事通过使用酶解离脑组织来制备单细胞悬液。将该混合物在微流体室中分选，其中每个细胞共同包封在具有独特条形码的微粒(珠子)中，所述条形码记录每个mRNA转录物的细胞起源。

使用这种分析策略，他们辛苦地为OB中的50,000个细胞产生mRNA转录物文库。该信息显示OB包含约30种不同的细胞类型，其包括18种不同类型的神经元，以及许多其他非神经元细胞，例如星形胶质细胞，少突胶质细胞，血管和免疫细胞。

此外，该团队还发现了在大脑发育过程中这些谱系中按时间顺序“开启”或“关闭”的基因和/或途径。本研究利用成人出生神经元的单细胞RNA测序分析与生物信息学的综合能力，比较不同神经元谱系的基因表达谱随时间的变化情况。

这种强大的方法使研究人员能够重建OB中所有神经元谱系的假定发育轨迹(“伪时间线”) - 从迁移神经祖细胞到完全功能的成熟神经元 - 以及具体时间和地点的详细信息。基因或遗传网络被“打开”或“关闭”。与此相一致，研究人员发现特定的神经元亚型在不同的感觉线索中得到差异化的富集或消耗。

“除了识别关键参与者并提供关于OB中成人神经发生的关键机制见解之外，我们认为这项研究具有更广泛的影响，因为其他研究人员现在可以使用这种方法来识别和梳理新神经元电路在其他部分的功能。成年哺乳动物大脑，“阿伦基尔说。

这项工作的其他贡献者包括Matthew Hill，Brandon Pekarek，Patrick J. Hunt，Thomas Martin和James Martin。作者隶属于以下一个或多个机构：贝勒医学院，德克萨斯心脏研究所和德克萨斯儿童医院的Jan and Dan Duncan神经学研究所。

这项工作主要得到国立卫生研究院，Klingstein-Simons奖学金，McNair基金会和NRSA资助F31NS089411的资助。