期刊：cell report

影响因子：7.832

技术服务：单细胞转录组学测序

导语

下丘脑是稳态调节涉及的最复杂的大脑结构之一。定义细胞组成并识别下丘脑的细胞型旋转特征对于理解其功能和相关疾病至关重要。本文报告成年小鼠下丘脑的单细胞RNA测序结果，这些结果定义了11个非神经元和34个神经元细胞簇，具有不同的旋转特征。细胞类型特异性分析揭示了少突胶质细胞分的基因组成。另外，数据分析特定的下丘脑子区域中，可对下丘脑神经元亚型以及发现CrabP1+和PAX6+神经元亚群的神经肽的可视化分析。此外，发现食物剥夺在不同的神经元亚型之间表现出的差异性，表明各种神经元亚型的功能。因此，这项工作提供了成人下丘脑的全面作用。

研究结果

1、通过单细胞RNA-Seq鉴定的下丘脑中细胞类型的概述 为了表征下丘脑中的细胞异质性，使用与成年小鼠下丘脑分离的细胞进行了SCRNA-SEQ（图1A）；将来自对照和食物抑制小鼠的细胞组合在一起进行聚类分析。图1B和1C）。基于SNAP25和SYT1，将45个细胞簇分为34个神经元（Snap25/syt1-High）和11个非神经元簇（SNAP25/SYT1-NECH1-NECH1-NECH1-NECH1-NEM）（图 1C和1D）。

2、下丘脑中非神经元细胞类型的分类生成了每个非神经元簇的基因热图和鉴定的标记基因（图2A）；四个oligo1+少突胶质细胞簇可以进一步通过TOP2A（增殖的少突胶质细胞前体细胞[POPC]）PDGFRA（少突胶质细胞前体细胞[OPC]）FYN（新形成的少突胶质细胞[NFO]）和bobp（mobp（myelinating oligodendendrocyte [mo]）（图2A-2B） 。小鼠下丘脑中的一些非神经元亚型标记通过艾伦脑图集的ISH数据证实（图2C）。

3、少突胶质细胞分化与动态分化基因变化有关基于少突胶质细胞的既定分化方向（Emery和Lu 2015），选择了OPC的方向对NFOS，然后选择了MOS（图3A）。PDGFRA FYN和MOG的顺序与此方向匹配（图3B），表明伪轴模仿少突胶质细胞的成熟过程。为了进一步表征少突胶质细胞分化基础的旋转程序，确定了六组基因，这些基因沿分化过程具有不同的模式（图3C和3D）。基因本体论（GO）分析表明，不同基因组富含不同的生物学过程（表S3）。例如，在OPC中高度表达但在少突胶质细胞成熟期间被抑制的第1组和2中的基因富含调节相互差异和分化，而低到高趋势的第5组和6组中的基因是富含轴突和髓鞘形成。第3组中的尤其是NFO中的含量很高，这表明这些基因对OPC对MOS过渡可能很重要。已经发现该组的几个基因在少突胶质细胞分化（例如BMP4）（Samanta和Kessler 2004）和GPR17（Chen等人2009）中起作用（图3E）。有趣的是，在NFO中还高度转录了一些表观遗传因子（例如SIRT2和DNMT3A）（图3E），表明染色质重塑和表观遗传学调节在少突胶质细胞成熟过程中可能起重要作用。

4、scrna-seq揭示了tanycyte和tanycyte子类型的旋转特征为了测试不同表达基因的潜力，用作tanycyte-和espandymo cyte特异性标记，使用了来自艾伦脑图的ISH数据检查了它们的表达模式。显示的数据图4C和S4D证实，这些基因在3Vwalls的背侧腹轴上标记了细胞群，这与tanycytesand和tanycytesand consandymal细胞的已知位置一致（图4A）。比较了这两个细胞簇的转基轮廓（图4B），这些基因揭示了许多在tanycytes和tanycytes and tanycytes and depymococopypypy中差异表达的基因。

5、下丘脑具有多个旋转不同的神经元亚型的聚类分析确定了15种谷氨酸能神经元类型（GLU1 – GLU15），18个GABA能神经元亚型（GABA1 – GABA18）和1个组胺能神经元（HESTA）（HESTA）表达高水平的HDC，但表达高水平的SLC17AA6或SLC17AA6或SLC322A1。通过TSNE生成了单细胞tranome热图（图S5A），并观察到谷氨酸能和GABA能神经元的类型（图5A和5B）。34个神经元中的大多数包含该簇独有的亚型特异性基因，在某些情况下，可以通过标记基因组合来定义神经元簇（图5C和5D）。

6、神经肽和受体跨神经元亚型的发散表达模式

已广泛研究了下丘脑中各种神经肽的功能。但是，神经肽和受体在下丘脑神经元研究鲜有报道。因此，评估了不同下丘脑神经元亚型中不同神经肽和受体的特征，发现各种神经元类类型之间的不同模式（图6A和6B）。数据集表明所有下丘脑神经元可以分为谷氨酸能（SLC17A6+）或GABAERGIC（SLC32A1+）（图6A），肽能神经元可以通过快速突触传播与下游靶标进行通信。值得注意的是，存在于同一的神经递质和神经肽神经元不一定同时发挥作用，因为将囊泡包装成不同类型的囊泡并响应膨胀神经元活动。

7、单细胞RNA-Seq揭示的神经元亚型无偏的SCRNA-SEQ能够从从头发现具有不同特征的细胞类型。确实，鉴定出具有特定分子标记的几种神经元亚型从的数据集。例如，发现编码视黄酸结合蛋白的CrabP1在GABA12簇中高度表达（图7a）。ISH和抗体染色都支持PAX6+神经元在Zona Incerta（ZI）中的定位（图7C），这是一个下丘脑区域，其细胞组成和功能知之甚少。在下丘脑中识别CrabP1+和Pax6+神经元子类型已为在下丘脑中解剖其特定功能奠定了基础。免疫染色表明，食物剥夺后AGRP水平显着提高（图7E），与的SCRNA-SEQ结果一致和先前的结果一致。

参考文献：[1] Chen R , Wu X , Lan J , et al. Single-Cell RNA-Seq Reveals Hypothalamic Cell Diversity[J]. Cell Reports, 2017, 18(13):3227-3241.