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来源：BioArt收集编辑：十一月
撰文 | 十一月
人类基因组的变异导致了神经发育的不同结局以及多样性，想要识别潜在的分子与细胞生物学机制需要大规模、可扩展的方法。近日，美国Broad研究所Steven A. McCarroll研究组与Kevin Eggan研究组合作在Cell Stem Cell上发表了文章Natural variation in gene expression and viral susceptibility revealed by neural progenitor cell villages，利用“神经前体细胞村”的实验平台，对人类供体的神经祖细胞之间遗传学、分子生物学以及表型的抑制型进行表征，从而发现了新的与疾病相关的调节因子以及对寨卡病毒易感性的个体差异的机制。神经祖细胞的增殖和分化与学习、社交以及对环境压力反应的行为息息相关。神经发育的异常会导致自闭症谱系障碍、癌症和先天性寨卡病毒并发症【1-2】。但是基因遗传变异是如何影响神经表型的大规模研究方法还尚不成熟。基因型-组织表达联盟GTEx通过鉴定数千个数量表达性状基因座与单核苷酸多态性的关联以及邻近基因的RNA表达进行分析，体外人多能干细胞也能够对数量表达形状进行研究【3】。为了确定自然遗传变异对细胞表型的塑造，作者们试图对每个细胞的供体进行识别。通过使用独特的分子表示符UMIs 作为信息分析单位，并且进一步扩展捐赠者数量。作者们对每个捐赠者全基因组或者单核苷酸多态性信息进行组合，产生了一个基于微滴的人群测序Dropulation平台（https://github.com/broadinstitute/Drop-seq），从而能够对供体信息进行分析和确定。为了评估该方法的准确性，作者们对物种人类胚胎干细胞系进行分析，发现可以对供体来源进行准确识别。为了检测Dropulation平台对真实供体的匹配准确度，作者们构建了一个104位捐献者细胞组成的“细胞村（Cell village）”，包括全基因组测序的人类诱导多能干细胞来源女性、男性的皮肤与血液细胞（图1）。在将细胞组成细胞村5天后，对86185个细胞进行了单细胞RNA-seq。为了对mRNA表达的差异进行定量化，作者们首先使用DEGs（Differentially expressed genes）对诱导多能干细胞进行分析，在皮肤与血液来源的品系之间共发现了4个差异表达基因。另外，作者们发现供体性别对于个体差异的影响也不大。为了构建神经前体细胞村，作者们创建了一种维持自我更新的祖细胞系。通过过表达NGN2以及添加SMAD小分子抑制剂产生了SnaPs（Stem cell-derived NGN2-accelerated progenitors），这些细胞表现出神经前体细胞的两极性也具有相应的细胞标记物表达。另外，为了维持SnaPs增殖和自我更新状态，作者们对细胞进行传代时使用了生长因子富含的培养基。通过对SnaPs的分化潜能进行检测，作者们发现SnaPs能够自我更新并分化形成神经元和神经胶质细胞。为了对神经前体细胞的数量表达性状基因座的表达特征进行分析，作者们检测了基因表达以及附近基因的单核苷酸多态性，发现了多个与神经发育障碍相关的候选基因比如MAPK3、DMPK以及胎儿脑转录激活因子CHURC1等。进一步地，作者们通过对SnaPs的CRISPR筛选等发现了人类神经前体细胞对于寨卡病毒易感性的遗传因素。寨卡病毒倾向于靶向增殖的人类神经前体细胞，作者们通过筛选发现了125个显著受到寨卡病毒感染的基因，同时也发现了IFITM3基因的单核苷酸多态性位点rs34481144是一个显著功能性数量性状基因座，影响寨卡病毒在神经前体细胞中的易感性。通过CRISPR筛选作者们同时也发现了与神经前体细胞适应性相关的基因，有123个基因会促进神经前体细胞的生长，比如细胞增殖调节因子NF2、PTEN以及 KIAA1109、CACHD1等。CACHD1是T类Ca2+通道的调节因子【4】，作者们通过构建CACHD1基因标记的脑类器官发现CACHD1会调节神经前体细胞的增殖与分化，在神经发生过程中起着关键的作用。总的来说，作者们的工作通过建立供体神经前体细胞村的方式对寨卡病毒易感性基因以及核苷酸多态性及进行分析，同时也为神经发生过程的研究提供了重要的数据库资源。这篇工作通过使用建立体外供体神经前体细胞系、大规模单细胞RNA-seq、寨卡病毒感染分析、CRISPR筛选、类器官等前沿方法，为理解基因、分子以及细胞表型提供了可扩展性的、大规模的研究范式。原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.01.010
制版人：十一
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