帕金森病（Parkinson's disease，PD）是除阿爾茨海默癥外，最為常見的神經退行性疾病。在PD的發(fā)展過程中，腦內神經遞質水平降低、氧化應激、線粒體功能障礙和蛋白穩(wěn)態(tài)的長期紊亂等分子和細胞水平上的紊亂，加劇了病人行為學上的病理表現(xiàn)。

針對該領域，近日由深圳華大生命科學研究院陳東升副研究員團隊與深圳市兒童醫(yī)院唐盛平教授團隊共同完成的“Single cell brain atlas of Parkinson’s disease mouse model”研究論文，入選Journal of Genetics and Genomics雜志第4期封面。

JGG（《遺傳學報》）是由中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所和中國遺傳學會主辦的學術期刊，被SCIE、PubMed、Scopus等國際知名檢索系統(tǒng)收錄，是2020年中科院1區(qū)期刊。

鑒于細胞類型之間和細胞內部復雜的相互作用共同導致了PD的發(fā)病，在單細胞水平對PD早期的細胞變化進行剖析并識別相應的分子標志物，對于揭示PD相關的分子通路、開發(fā)出新的早期干預手段，有十分重要的意義。

PD小鼠中腦、小腦和紋狀體在轉錄水平的異質性：A，課題實驗設計和生物信息分析流程；B，三個腦區(qū)的細胞類型和特異性差異基因數(shù)目；C，細胞類型特異性差異基因的表達模式；D，差異基因富集的生物學過程。

項目介紹及研究成果

本項目利用單細胞轉錄組測序技術，對6月齡PD模型鼠（α-syn-A53T）及野生型小鼠中腦、紋狀體、小腦組織進行單核RNA測序（snRNA-seq），以探索PD轉錄組學的早期失調。

該研究揭示了帕金森癥早期階段多種細胞類型內轉錄水平的改變，包括蛋白穩(wěn)態(tài)、離子通道、細胞外環(huán)境和神經炎癥的等方面所具有的功能障礙。諸如中腦多巴胺能神經元中Pbx1、Mdm4和Clk1等與神經發(fā)育相關的基因表達的改變，星形膠質細胞中NFκB通路基因（Bcl2，Csnk2a1，Chuk）轉錄上調和少突膠質細胞中線粒體呼吸鏈組分的改變所體現(xiàn)的潛在神經炎癥反應機制，都表明不同的細胞類群在一定程度上受疾病影響，這些轉錄改變或是與早期PD的發(fā)病直接相關。該研究在PD發(fā)病早期解析單細胞層面的轉錄變化，尋找發(fā)生轉錄缺陷的特定神經細胞亞群。

PD小鼠中腦較正常小鼠的基因表達變化：A，PD小鼠和野生型小鼠中腦的細胞類型對比；B，細胞類型特異性的差異基因數(shù)目；C，細胞類型特異性基因的表達概況；D，部分差異基因的表達模式；E，細胞類型上調的基因數(shù)目；F，表達顯著上調的基因富集的生物學過程；G，自噬相關基因在兩種小鼠中的表達模式。

此外，該研究識別與鑒定PD發(fā)展相關的基因，為PD疾病預防及藥物干預治療提供一個新的研究思路，有助于預防PD，或是提供PD治療的藥物靶點。該圖譜的構建為后續(xù)的PD研究提供了重要的參考，這將有助于利用PD小鼠模型探索神經退行性疾病的機制。

PD風險相關基因的過表達分析：A，PD風險相關基因在各細胞類型中的表達情況；B，PD風險相關基因與差異表達基因在各細胞類型的交集；C，PD風險相關基因、PD小鼠中腦和紋狀體的差異表達基因數(shù)目韋恩圖；D、E，中腦、紋狀體的部分差異基因在兩種小鼠中的表達情況。

拓展閱讀

本研究依托華大智造DNBSEQ平臺測序儀完成所有測序工作。

該文作者深圳華大生命科學研究院陳東升副研究員評價道：“非常榮幸能成為華大智造測序儀最早的一批用戶，我親身經歷和目睹了華大智造測序平臺的測序性能和數(shù)據(jù)質量突飛猛進過程。在使用過程中，我們對DNBSEQ的測序質量非常滿意，同時我們還發(fā)現(xiàn)了DNBSEQ更多優(yōu)勢：DNA納米球信號擴增具備先天優(yōu)勢，它采用滾環(huán)線性擴增原理，相比傳統(tǒng)的指數(shù)擴增，避免了錯誤無限地放大。華大智造測序儀采用DNA納米球微陣列芯片，排列規(guī)則，而非隨機排布，芯片利用率高，成本也更具優(yōu)勢?！?/span>