科学家使用单细胞测序来识别视觉系统中的细胞类型

　　纽约大学的研究人员在果蝇的视觉系统中发现了新的细胞类型，这是因为他们发明了一种工具，可以在发育过程中发现并标记神经元。这项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的研究，将单细胞测序数据与一种新的算法结合起来，识别出果蝇大脑中指向以前未知细胞的基因对。

　　

纽约大学的研究人员在果蝇的视觉系统中发现了新的细胞类型，这是因为他们发明了一种工具，可以在发育过程中发现并标记神经元。

这项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的研究，将单细胞测序数据与一种新的算法结合起来，识别出果蝇大脑中指向以前未知细胞的基因对。

长期以来，果蝇(也被称为果蝇)一直被用作研究大脑发育和功能等基本问题的模式生物。果蝇有大约10万个神经元，而不是人类的860亿个神经元，这使得对大脑的研究更容易管理，但仍然很复杂。

利用基因工具可以区分果蝇中不同类型的细胞，这彻底改变了对大脑神经回路的研究，使科学家能够以精确的方式了解回路的发育、功能和行为。

“中枢神经系统的一个特点是不同细胞类型的多样性，这些细胞类型负责许多不同的功能，”纽约大学生物学和神经科学银色教授、该研究的资深作者克劳德·德斯普兰说。

Desplan实验室之前的研究使用单细胞测序来确定在发育中的苍蝇的视觉系统中大约有200种细胞类型。单细胞测序揭示了基因表达，因此当细胞具有相同的基因表达模式时，它们可能做相同的工作，因此是相同的细胞类型。

根据基因表达和先前的研究，科学家们可以识别出发育中的果蝇视觉系统中200种细胞类型中的大约一半，但他们缺乏一种更容易研究和标记其他100种细胞类型的方法。现有的工具可以精确地操纵成年果蝇的神经回路，但往往不能在发育过程中标记相同的神经元，这使得这些工具不适合研究发育中的大脑细胞。

此外，以前识别细胞类型的方法需要对大量候选基因组合进行费力的测试。我们知道我们需要一种更有效的方法来标记特定的细胞类型，并且能够利用越来越多的单细胞测序数据，”纽约大学生物系博士后、该研究的第一作者Yu-Chieh David Chen说。

Chen和他的同事们创造了一种工具，利用发展中的苍蝇视觉系统的大量单细胞测序数据来识别基因和基因组合，这些基因和基因组合只在某些细胞类型中表达。

为了找到细胞类型，研究人员通常会寻找遗传标记，或特定于细胞类型的单个基因。但通常一个基因会在多种细胞类型中表达，因此很难用一个基因来区分它们。纽约大学研究人员开发的工具使用了一种略有不同的方法:在一种细胞类型中寻找两个重叠的基因。

通过将单细胞RNA测序数据输入到他们创建的算法中，研究人员系统地识别了在果蝇视觉系统的多个发育阶段的大多数细胞类型中唯一表达的基因对。其中一对基因导致了MeSps的发现，这是一种全新的细胞类型。

“尽管我们研究果蝇的视觉系统已有很长的历史，但我们以前从未见过这种细胞类型。”

虽然未来的研究将深入研究msps的发展和功能——例如，它是否能检测颜色、运动或光的其他特征——但新工具将使这一研究途径成为可能。

研究人员指出，只要单细胞数据可用，他们的工具也可以用于研究发育中的苍蝇的其他系统。此外，他们寻找标记基因对而不是单个标记基因的逻辑可以应用于其他物种的研究。

Chen说:“与其寻找单一的良好标记基因，还不如对两个基因进行简单的调整，以获得高的细胞类型特异性。”

Desplan说:“这种开创性和高效的方法为神经科学领域提供了特殊的工具，可以高精度地研究发育问题。”

除了Chen和Desplan，研究作者还包括yan - chung Chen, Raghuvanshi Rajesh，以及纽约大学的本科生Nathalie Shoji和Maisha Jacy;密苏里大学堪萨斯城分校的Haluk Lacin;以及多伦多大学密西沙加分校的泰德·厄克里克。该研究得到了美国国立卫生研究院的资助(R01-EY013010, R01-EY13012和F32-EY032750)。

文章标题

Using single-cell RNA sequencing to generate predictive cell-type-specific split-GAL4 reagents throughout development