St.Jude儿童研究医院的研究人员创建了一个庞大的数据库，显示胚胎发育期间和出生后不久小脑中单个细胞的基因活动变化。对从小鼠中分离出的数千个脑细胞的分析为研究人员提供了一个高分辨率的图谱，使科学家能够在小脑连接其神经回路时查看细胞经历的详细基因组变化。该研究不仅有助于对大脑发育的基本理解，而且为理解由发育错误引起的脑疾病的细胞起源提供了基础。这些解剖学缺陷包括Joubert综合征，Dandy-Walker畸形和pontocerebellar发育不全。
 
世界各地的研究人员可以通过St.Jude创建的名为Cell Seek的界面与数据进行交互。
 
该研究结果发表于今天的“当代生物学”杂志。该研究由计算生物学系的共同作者John Easton博士领导;Paul Northcott博士，发育神经生物学系;和肿瘤学和计算生物学系的医学博士Charles Gawad博士。
 
虽然小脑仅占人体脑容量的10％左右，但它含有中枢神经系统中所有神经细胞的一半以上。小脑也是一个关键的大脑控制中心，协调运动功能和管理更高的功能，如注意力，空间和语言处理。
 
在他们的研究中，Easton，Northcott，Gawad及其同事使用称为单细胞RNA-seq的基因测序技术来测量从胚胎和新生小鼠中分离的单个脑细胞中基因的不断变化的活性。研究人员对RNA进行了测序，因为这种RNA的水平反映了细胞中基因活性或“表达”的水平。RNA充当模板以构建作为细胞构建块的蛋白质。
 
大多数此类大脑发育研究分析了不同脑细胞类型混合物的变化或研究了有限数量的基因。然而，St.Jude的研究人员分析了在发育中的小鼠大脑中存在的每种细胞类型中的大量基因中的基因表达。
 
为了编制他们的数据，科学家们在大脑发育的12个时间点对39,245个脑细胞进行了RNA-seq分析。12个时间点-大脑发育过程中的一系列天数-众所周知，当未成熟的脑细胞“决定”发育成成熟的特化细胞时。
 
“我们所做的是在不使用任何先验知识的情况下获取单个细胞的全局表达谱。这使我们能够研究在特定发育点有多少细胞类型以及它们如何以更少偏见的方式相互关联比以前的战略，“加瓦德说。“如果我们能够捕获这些不同发育状态的细胞，我们就可以开始了解由于小脑发育异常而发生的儿科疾病。”
 
“此外，由于幼儿大多数脑肿瘤发生在小脑区域，这将有助于我们识别不同脑肿瘤和脑肿瘤亚型的起源细胞，”他说。
 
为了证明他们的数据库，研究人员追踪了一种称为谷氨酸能祖细胞的未成熟脑细胞中的基因表达，因为它“决定”成为什么类型的成熟脑细胞。他们的分析显示决策点的特点是主控对基因的激活波，称为转录因子，调节其他基因。
 
“这项分析向我们表明，这些细胞的发育计划比我们之前所认识的更复杂，”Gawad说。他说，这一发现为更深入地了解驱动这些细胞成熟的遗传过程的类型和顺序打开了大门。
 
Gawad说，Cell Seek界面将使全世界的研究人员能够从数据中收集大脑发育的洞察力。
 
“许多实验室无法获得这些数据，因为它们比传统的RNA测序数据分析起来更复杂，”他说。
 
“我们希望建立一个易于使用的界面，允许没有生物信息学功能的实验室挖掘数据，”Gawad说。“通过Cell Seek，他们可以轻松跟踪他们感兴趣的发育过程，并利用这些见解为他们的实验研究小脑发育和疾病提供信息。”