▲背景

大脑的神经系统由成千上万种不同类型的神经细胞构成，这些神经细胞在细胞形态，突触连结及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中，其基因组、蛋白组、化学分子组成、代谢也都有着很大的差别。如何对脑内神经细胞分类，能够帮助科学家们更深入理解其分子特性及生理功能。

 

目前，神经细胞的分类主要根据细胞形态、功能、以及所在位置等等。然而，近年来单细胞 RNA 测序技术快速发展为定义细胞类型提供了新途径。

 

华人科学家骆利群教授一直致力于研究果蝇的神经回路在果蝇的嗅觉神经系统，五十类嗅觉投射神经细胞和五十类上游的嗅觉感受神经细胞形成一对一的突触连接，不同种类的嗅觉投射神经细胞有非常特异的连接和功能，因此是一个研究神经细胞分类的极佳模型。
 

▲方法

本文在果蝇大脑原代神经元和原代神经胶质细胞中建立了一种稳定的单细胞 RNA 测序方法，并且成功应用于果蝇嗅觉投射神经元。作者将果蝇大脑消化后制备成单细胞悬液，应用流式细胞仪在 96 孔板中实现单细胞分选，然后进一步建库测序。

 

这里作者介绍了一种改进的建库测序方法 SMART-seq2，该方法相比传统 SMART-seq 方法提高了灵敏度，准确性并且能够获得全长 cDNA 用于建库测序。

 

样品经过单细胞处理后，流式细胞仪单细胞分选，逆转录 cDNA 建库，测序。最终产出超过 90% 的嗅觉投射神经元高质量测序数据。 
 

每个细胞深度测序一百万个读长，检测到 1000～4000 个基因。通过验证 5 个神经元标记物（brp,nSyb,elav,Syt1 和 CadN）和 4 个神经胶质标记物（alrm,Eaat1,Gat 和 Gs2）的表达水平用于数据质量。结果显示都特异表达在相应类型的细胞上。并且鉴定 5 个新的基因（Msr-110,tre1,Cyp4g15,fas 和 Obp44a）表达在蛹蝇大脑的神经胶质细胞中，不表达在投射神经元中。
 

▲结果
 

通过单细胞 RNA 测序新鉴定五个不同表达的转录因子。然后通过已知和新鉴定的投射神经元分类特异性标记物分子，利用测序数据进行聚类分析，能够明确的匹配转录组从而对投射神经元进行分类分析。
 

▲讨论

在华人科学家骆利群教授带领下，成功克服了果蝇神经细胞太小，太脆弱，含有的 RNA 含量很低造成对测序的困难。基于索尼 SH800S 全自动流式细胞分选系统，作者获得超过 90% 的优质单细胞 RNA 测序结果，成功构建出果蝇嗅觉神经元的基因蓝图，更进一步了解了大脑回路形成方式。

 

参考文献：Hongjie Li, Felix Horns, Bing Wu, Qijing Xie, Jiefu Li, Tongchao Li, David Luginbuhl, Stephen R Quake, Liqun Luo. 2017. “Classifying Drosophila Olfactory Projection Neuron Subtypes by Single-cell RNA Sequencing.” Cell.16 November 2017, 171(5):1206–1220.

https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.10.019.

 

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