小脑皮层跨物种单细胞空间转录组图谱

　　

小脑是协调身体运动和精细动作的重要脑区，其损伤会严重影响个体的运动能力和姿势维持。全面理解小脑的结构和功能对于医学和神经科学至关重要。最近，郝等人通过对两种灵长类动物和一种啮齿动物小脑皮层进行的空间转录组学研究，为小脑的组织结构和功能提供了新的视角。

利用sn-RNA-seq和空间转录组方法，我们生成了猕猴、狨猴和小鼠的综合单细胞空间转录组小脑图谱。我们的分析确定了浦肯野细胞(小脑皮层唯一的输出神经元)的两种灵长类特异性亚型，它们表达不同水平的基因GRID2它编码一种δ 2谷氨酸受体。灵长类浦肯野细胞GRID2表达水平分布在不同的微域，在小脑小叶中具有不同的丰度。这些亚型在其他谷氨酸受体亚基和长期抑郁相关基因的表达模式上存在差异，表明它们在突触可塑性和学习机制方面存在潜在的变异性。我们还鉴定了与不同表达水平相关的分子层中间神经元和颗粒细胞的灵长类特异性亚型GRID2和神经素，分别表明了整个灵长类小脑的细胞多样性。

高分辨率三维空间转录组分析揭示了不同小脑层和区域基因表达的不同空间模式，具有显著的物种特异性差异。在这三个物种中，我们发现基因表达模式在前庭和后庭区域之间的差异比蚓部和半球之间的差异更明显，前庭区域表现出最大的区域特异性基因表达。在灵长类动物中，区域富集的基因表达主要在颗粒层中观察到，而在小鼠的浦肯野层中更为明显。

通过清醒动物的功能磁共振成像(MRI)，获得了三种动物小脑皮层的功能连接模式，并将连接信息与空间转录组数据相结合。3D综合分析显示，小脑皮层的整体基因表达模式与功能连接模式密切匹配。对于这两种模式，我们观察到灵长类动物和小鼠之间的小叶特异性差异比两种灵长类动物之间的差异更大。许多在特定区域富集的基因与功能连接模式相关，表明它们在建立小脑连接和功能方面的潜在作用。

结论

研究提供了猕猴、狨猴和小鼠小脑皮层的单细胞空间转录组图谱，揭示了灵长类动物特异性细胞类型和空间基因表达模式，以及小脑转录组与其功能连接之间的关系。这些发现增强了我们对小脑皮层细胞和分子特征的理解，为未来小脑功能和疾病的研究提供了宝贵的资源。