小鼠前额叶皮层空间位置相关的转录组差异分析

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前额叶皮层是负责学习记忆和注意力等功能的重要脑区。不同空间位置的前额叶皮层区域结构、组织构筑、细胞类群和功能都存在多样性,这暗示了前额叶皮层多样化的基因表达模式。研究空间位置相关的基因表达差异是对精准三维定位下脑空间转录信息的全新探索。本研究基于优化完整鼠脑形态和RNA的保护策略,利用转录组测序技术(bulk-seq),初步探索了前额叶皮层空间位置与基因表达的相关规律,并进一步分析了特定区域不同发育时期的基因表达差异。具体工作从以下三个方面进行展开:(1)本研究通过优化分子固定剂方案,建立了鼠脑全脑形貌固定、细胞构筑与RNA保护的策略。使用该策略,本研究制备了前额叶皮层组织的空间位置相关的转录组样品,测序获得的基因数达到18 000~21 000。(2)以前额叶皮层为研究对象,在细胞群体水平上分析空间位置相关的转录组差异。结果表明前额叶皮层区域的基因表达在前后轴随距离表现差异,而在背腹侧之间则没有明显差异。KEGG通路分析指出,腹内侧、背内侧、腹外侧区域与腹内侧后端区域之间均差异表达的基因为1 805个,且主要与信号转导途径相关。神经元突触连接基因的表达上也表现出了区域偏好,内侧前额叶皮层区域同时偏好表达兴奋性与抑制性突触连接基因,而腹外侧区域仅表现出抑制性基因表达偏好。(3)内侧前额叶皮层不同发育时期的转录组分析:本研究进一步分析内侧前额叶皮层5个发育时期的基因表达特性,探究其特异性基因表达的功能与作用。结果表明内侧前额叶皮层基因表达具有显著的发育相关性。发育早期(0/7天)和晚期(20/40/60天)之间的基因表达模式差异显著,但早、晚期内的基因表达相似。KEGG通路分析指出,随着年龄增长,轴突引导、细胞循环等相关基因表达水平逐渐降低,代谢途径、突触囊泡循环途径相关基因表达水平逐渐增高。综上所述,本研究以空间位置为基准,分析了小鼠前额叶皮层不同区域转录组数据以及内侧前额叶皮层不同发育时期的基因表达信息。基因表达的空间异质性将为基于空间信息的结构与功能研究提供新的思路。
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